時(shí)間:2022-04-22 13:57:25
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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(cè)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(shí)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(shí)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(cè)到的寬帶資源是不確定的,隨時(shí)間、空間、移動(dòng)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(duì)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(gè)子載波傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)量,選取相應(yīng)的調(diào)制方式,實(shí)現(xiàn)資源的合理分配和利用。
(2)子載波功率控制技術(shù)。由于分配給用戶的功率和子載波數(shù)一般是成比例的,功率控制算法在經(jīng)典的“注水”算法的基礎(chǔ)上,有一系列的派生算法。這些算法追求的是功率控制的完備性和收斂性,既要不造成干擾又要使認(rèn)知無線電有較好的通過率,且達(dá)到實(shí)時(shí)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(shí),就要對(duì)現(xiàn)狀(空間距離、衰落)做出判斷,同時(shí)還需要計(jì)算出可分配的功率大小,對(duì)于一個(gè)用戶如果速率一定,如子載波數(shù)目增加所需的功率就會(huì)下降。
一、感知無線電的概念
感知無線電技術(shù)用以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜共享。通過檢測(cè)空中信號(hào)占用頻譜,通過探知無線環(huán)境中空閑頻譜資源,選擇可被自己利用頻率進(jìn)行通信。租借系統(tǒng)通過采用感知無線電技術(shù),實(shí)時(shí)跟蹤授權(quán)系統(tǒng)占用頻率狀況,隨時(shí)使用、釋放頻段,在保障授權(quán)系統(tǒng)通信前提下,與授權(quán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)共享頻譜。論文百事通采用頻譜檢測(cè)方式獲取頻譜信息可使感知無線電技術(shù)能適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況短期變化,高效利用頻譜,并且感知無線電技術(shù)不要求改造現(xiàn)有系統(tǒng),對(duì)無線信道環(huán)境和用戶需求都將具有較好適應(yīng)性。
感知無線電技術(shù)動(dòng)態(tài)頻譜共享是自適應(yīng)傳輸技術(shù)思想在頻譜分配領(lǐng)域的運(yùn)用。自適應(yīng)傳輸使無線通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸適應(yīng)信道傳輸能力的變化,通過提高數(shù)據(jù)傳輸速率來改善頻譜利用率。而感知無線電使無線通信系統(tǒng)占用的頻譜適應(yīng)無線環(huán)境頻譜使用狀況的變化,通過增加共享同一頻段的系統(tǒng)數(shù)、用戶數(shù)來提高頻譜利用率。不管是自適應(yīng)傳輸技術(shù)還是感知無線電技術(shù),其思想的核心都是無線通信系統(tǒng)能自動(dòng)地適應(yīng)外界環(huán)境和自身需求的變化。
感知無線電思想可以推廣到移動(dòng)通信其它層面。從低層到高層,要求未來移動(dòng)通信系統(tǒng)能檢測(cè)系統(tǒng)各層參數(shù)與狀態(tài),如鏈路質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、業(yè)務(wù)負(fù)載、甚至用戶需求,并能適應(yīng)這些變化。從通信端到端,在存在重疊覆蓋多種無線電通信環(huán)境下,要求移動(dòng)設(shè)備能夠在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間切換,實(shí)現(xiàn)包括終端、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在內(nèi)的端到端重配置。這也就是所謂的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)(CognitiveNetwork)。
二、感知無線電關(guān)鍵技術(shù)分析
作為一種新的智能無線通信技術(shù),感知無線電可以感知到周圍的環(huán)境特征,采用構(gòu)建方法進(jìn)行學(xué)習(xí),通過相關(guān)描述語(yǔ)言與通信網(wǎng)絡(luò)智能交流,實(shí)時(shí)調(diào)整傳輸參數(shù),使系統(tǒng)的無線規(guī)則與輸入的無線電激勵(lì)的變化相適應(yīng),以達(dá)到隨時(shí)隨地通信系統(tǒng)的高可靠性和頻譜利用的高效性。無線規(guī)則指一系列適合無線頻譜合理使用的射頻帶寬、空中接口、相關(guān)協(xié)議和空間時(shí)間模式的設(shè)置。感知無線電系統(tǒng)的重構(gòu)能力很重要,該功能就是以軟件無線電作為平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)的。重構(gòu)功能是由軟件無線電實(shí)現(xiàn),而感知無線電的其他任務(wù)是通過信號(hào)處理和機(jī)器學(xué)習(xí)的過程實(shí)現(xiàn),其感知過程開始于無線電激勵(lì)的被動(dòng)感應(yīng),以做出反應(yīng)行為而終止,一個(gè)基本的感知周期要大致分為3個(gè)基本過程,分別是無線傳輸場(chǎng)景分析、信道狀態(tài)估計(jì)及其容量預(yù)測(cè)、功率控制和頻譜管理,它們的順序執(zhí)行使感知無線電系統(tǒng)的感知功能得以實(shí)現(xiàn)。
2.1感知無線電技術(shù)與動(dòng)態(tài)頻譜分配
未來移動(dòng)通信系統(tǒng)滿足用戶需求的關(guān)鍵點(diǎn)是提高頻譜利用率。移動(dòng)通信的發(fā)展使帶來了越來越嚴(yán)重的頻率短缺問題。解決頻率短缺大致有兩類方法,一是擴(kuò)大可利用的頻率范圍,二是提高頻譜利用率。為增加可用頻率,移動(dòng)通信系統(tǒng)的頻率已擴(kuò)展至300GHZ。無線信道的路徑損耗是隨頻率升高而迅速增加的,所以頻率過高并不利于移動(dòng)通信。因而,更加有效的方法是提高頻譜利用率。
提高頻譜利用率有三類途徑,改進(jìn)通信設(shè)備的傳輸技術(shù),優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)、提高組網(wǎng)能力。目前廣泛采用這兩種途徑,但是這兩種方法能夠獲得的頻潛利用率增益將越來越少。第三種提高頻譜利用率的途徑是改進(jìn)頻譜分配方式。
目前國(guó)際上主要采用固定頻譜分配方式,一個(gè)頻段只分配給一個(gè)無線接入系統(tǒng),不管分配的頻段是否被頻率牌照的所有者實(shí)際使用,其它無線接入系統(tǒng)不能占用該頻段。為提高頻譜利用率,可以將一些頻段分配給了多個(gè)系統(tǒng),允許它們同時(shí)占有同一個(gè)頻段,甚至一些頻段可以開放為不需牌照的頻段,允許任意系統(tǒng)占用。盡管固定頻譜分配方式能夠改善系統(tǒng)干擾問題,但由于頻譜的授權(quán)系統(tǒng)并不是在任何地區(qū)的任何時(shí)刻都使用頻率,其頻譜利用率很低。而簡(jiǎn)單地允許多個(gè)系統(tǒng)共享一個(gè)頻段,雖然優(yōu)于獨(dú)占性的固定頻譜分配方式,但由于它對(duì)頻譜共享沒有加以必要的控制,一個(gè)系統(tǒng)占用頻率前并不知道該頻率是否正在被其它系統(tǒng)使用,從而導(dǎo)致了兩方面的問題??梢姡绻麅H僅是簡(jiǎn)單地允許多個(gè)系統(tǒng)共享頻譜,而不避免系統(tǒng)間干擾,會(huì)制約頻譜利用率的提高,并且不能保證通信質(zhì)量。
為解決頻譜短缺與頻譜利用率低下的矛盾,可以考慮采用動(dòng)態(tài)頻譜分配方式。允許多個(gè)系統(tǒng)共享同一頻段,各系統(tǒng)只在需要通信時(shí)才能占有頻段,通信結(jié)束就釋放頻段,而且必須控制系統(tǒng)間干擾,后接入的系統(tǒng)不能影響其它已有系統(tǒng)的通信。為與現(xiàn)有通信系統(tǒng)兼容,分配頻段上授權(quán)系統(tǒng)有使用頻譜的最高優(yōu)先級(jí),只要不影響授權(quán)系統(tǒng)通信,租借系統(tǒng)與授權(quán)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)共享頻譜。這種動(dòng)態(tài)的頻譜共享包含時(shí)間與空間兩方面。在時(shí)間上,當(dāng)授權(quán)系統(tǒng)不使用所分配的頻率時(shí),租借系統(tǒng)可以占用頻率,但當(dāng)授權(quán)系統(tǒng)重新占用頻率時(shí),租借系統(tǒng)必須及時(shí)地歸還頻率。
2.2信道狀態(tài)估計(jì)及其容量預(yù)測(cè)
信道估計(jì)的結(jié)果可用來計(jì)算信道容量,用于控制發(fā)送端的信號(hào)能量,可使用香農(nóng)法則計(jì)算信道容量C,但在感知無線電系統(tǒng)中并不直接在發(fā)送端傳輸C的信息,而是量化C,一定的量化率用于反饋發(fā)送端,量化比率是預(yù)先確定的,所以接收機(jī)接收的信息量要小于信道容量C。一般來說,無線系統(tǒng)的傳輸率是波動(dòng)的,當(dāng)其超出一定界限時(shí),就會(huì)引起系統(tǒng)的不正常工作,這個(gè)界限決定了最大的傳輸比特率。
2.3功率控制和頻譜管理
2.3.1功率控制
在感知無線電通信系統(tǒng)中功率控制的實(shí)現(xiàn)以分布方式進(jìn)行,以擴(kuò)大系統(tǒng)工作范圍,提高接收機(jī)性能。控制發(fā)送端功率是感知無線電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在多址接入的感知無線電信道環(huán)境中,主要采用協(xié)作機(jī)制方法,包括規(guī)則及協(xié)議和協(xié)作的Adhoc網(wǎng)絡(luò)兩方面內(nèi)容。多用戶的感知無線電系統(tǒng)彼此協(xié)作工作,基于先進(jìn)的頻譜管理功能,可以提高系統(tǒng)工作性能,支持更多用戶接入。
2.3.2動(dòng)態(tài)頻譜管理
動(dòng)態(tài)頻譜管理也稱為動(dòng)態(tài)頻譜分配,具有實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻譜高效利用的功能。在感知無線電系統(tǒng)中,頻譜管理的算法可這樣描述:基于頻譜空穴和功率控制器的輸出,選擇一種調(diào)制方式以適應(yīng)時(shí)變的無線傳輸環(huán)境,使系統(tǒng)工作在可靠傳輸?shù)臓顟B(tài)下。系統(tǒng)工作的可靠性可由信噪比差額(SNRgap)的大小確定。
2.4無線電知識(shí)描述語(yǔ)言
傳統(tǒng)的軟件無線電不能與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能交流,因?yàn)闆]有基于模式推理計(jì)劃能力和沒有相關(guān)描述語(yǔ)言。在以軟件無線電為發(fā)展平臺(tái)的感知無線電研究中,研究表示無線系統(tǒng)知識(shí)、計(jì)劃和所需語(yǔ)言是關(guān)鍵技術(shù),無線電知識(shí)描述語(yǔ)言(RKRL)應(yīng)運(yùn)而生,它表示了無線規(guī)則、系統(tǒng)配置、軟件模塊、網(wǎng)絡(luò)傳送、用戶需求、應(yīng)用環(huán)境等知識(shí)。
參考文獻(xiàn):
[1]何麗華,謝顯中,董雪濤,周通.感知無線電中的頻譜檢測(cè)技術(shù)[J].通信技術(shù),2007,(05)
[2]王軍,李少謙.認(rèn)知無線電:原理、技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)[J].中興通訊技術(shù),2007,(03)
[3]譚學(xué)治,姜靖,孫洪劍.認(rèn)知無線電的頻譜感知技術(shù)研究[J].信息安全與通信保密,2007,(03).
1無線電通信技術(shù)的發(fā)展歷程
1895年5月7日俄國(guó)物理學(xué)家波波夫已“金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論文向全世界宣布無線電通信技術(shù)的誕生,并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收機(jī),那天俄國(guó)當(dāng)局定為“無線電發(fā)明日”。
1896年3月24日,波波夫?qū)o線電通信的通信距離延長(zhǎng)到250米,做了用無線電傳送莫爾斯電碼的表演為無線電通信技術(shù)拉開新的序幕。
1898年,年輕的意大利青年馬可尼利用游艇證明了他的無線電電報(bào)能夠在20英里的海面暢通無阻地通信,第一次實(shí)際性地使用無線電通信技術(shù)。
1901年,他在相隔2700公里英國(guó)和紐芬蘭島之間成功地進(jìn)行了跨越大西洋的遠(yuǎn)距離無線電通信,從此人類進(jìn)入無線電波進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信的新時(shí)代。
隨后,無線電通信技術(shù)如雨后春筍其涌現(xiàn)出來。直到1946年,美國(guó)人羅斯.威瑪和日本人八本教授利用高靈敏度攝像管家用電視機(jī)接收天線問題,從此超短波轉(zhuǎn)播站一些國(guó)家相繼建立了,無線電通信技術(shù)迅速普及開來[2]。
隨著電子技術(shù)的高速發(fā)展,信息超遠(yuǎn)控制技術(shù)為滿足遙控、遙測(cè)和遙感技術(shù)的需要,于人們生產(chǎn)與生活中被廣泛使用;后來微電子技術(shù)也推動(dòng)了電子計(jì)算機(jī)的更新?lián)Q代,使電子計(jì)算機(jī)信息處理功能大大增加,日益成為信息處理最重要和必不可少的工具。
信息技術(shù)是以微電子和光電技術(shù)為基礎(chǔ),以計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為支撐,以信息處理技術(shù)為主題的技術(shù)系統(tǒng)的總稱,是一門綜合性的技術(shù)。今天的信息化時(shí)代,就是電子計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)緊密結(jié)合的標(biāo)志。
無線電通信技術(shù)發(fā)展到今日,擁有無限潛力。軍事、氣象、生活、生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域都對(duì)其都有空前的需求。雖然無線電通信技術(shù)優(yōu)點(diǎn)雖然卓越,但其缺點(diǎn)至今給技術(shù)的發(fā)展帶來很大的障礙,都是我們亟須解決的難題。
2無線電通信技術(shù)的特點(diǎn)
近些年無線電通信技術(shù)領(lǐng)域引入無線接入技術(shù),是迅速發(fā)展起來的新技術(shù)領(lǐng)域,不需要傳輸媒質(zhì),部分接入網(wǎng)甚至入網(wǎng)的全部皆可直接采用無線傳播手段代替,無論是概念上還是技術(shù)含量上都產(chǎn)生了一個(gè)重大的飛躍,實(shí)現(xiàn)了降低成本、提高靈活性和擴(kuò)展傳輸距離的目的。其特點(diǎn)喜憂參半,優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在傳輸線路線、通信方式等方面,我們可以總結(jié)如下:
不受時(shí)空限制。大多數(shù)情況下,人們對(duì)通信運(yùn)用的時(shí)間、地點(diǎn)、容量需求無法預(yù)知,而無線電通信不受時(shí)空限制的優(yōu)點(diǎn)能夠采取靈活多樣的手段和方法,確保通信聯(lián)絡(luò)綜合高效,語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像的綜合傳輸暢通無阻,隨著近年來國(guó)內(nèi)各個(gè)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域和國(guó)際經(jīng)濟(jì)的來往,無線電通信技術(shù)不受時(shí)空限制方法為其打開方便之門,尤其通信與網(wǎng)絡(luò)的連接,通信技術(shù)踏上新的臺(tái)階。
具備高度的機(jī)動(dòng)性及可用性。無線電通信技術(shù)傳輸數(shù)字化、功能多樣化、設(shè)備小型化、智能化及系統(tǒng)大容量化決定了其具備高度的機(jī)動(dòng)性和可用性,尤其在軍事構(gòu)建地域通信網(wǎng)方面起到很大的作用。
可靠性高。無線電通信比起有線通信的一個(gè)卓越優(yōu)點(diǎn)在抵抗水淹、臺(tái)風(fēng)、地震等方面有較大的可靠性,一般情況下除非信號(hào)干擾都能保持通信的暢通,這也是無線架輸?shù)淖畲筇攸c(diǎn)。
無線電通信技術(shù)雖然解決了架設(shè)傳輸線路線、脫離傳輸距離限制、傳輸距離遠(yuǎn)、通信靈活等的難題,但其信號(hào)容易受到干擾、影響,還有容易被截獲造成了該項(xiàng)技術(shù)的保密性極差。無線電通信技術(shù)的缺點(diǎn)幾百年來都是讓人頭疼的問題,目前全球化經(jīng)濟(jì)愈演愈熱,其信號(hào)的穩(wěn)定性與安全性上升為經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域里關(guān)注的焦點(diǎn),因此,無線電通信技術(shù)的通信方法拓新成為其發(fā)展的新話題。
3無線電通信技術(shù)之通信方法的拓新
21世紀(jì)無線電通信技術(shù)正處在關(guān)鍵的轉(zhuǎn)折時(shí)期,尤其最近幾十年最為活躍。信息化的飛速發(fā)展和IP技術(shù)的興起,欲求無線電通信技術(shù)適應(yīng)未來社會(huì)生產(chǎn)和生活的需求。務(wù)必在通信方法上進(jìn)行一系列的拓新。針對(duì)以上無線電通信技術(shù)的缺陷,筆者認(rèn)為,我們可以從通信技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)、軟件技術(shù)等方面進(jìn)行嘗試,主要可總結(jié)一下八點(diǎn):
3.1采用了數(shù)字通信技術(shù)
提高系統(tǒng)頻譜資源的利用率,維持信號(hào)上的穩(wěn)定,避免通信信號(hào)收到干擾,增大了系統(tǒng)通信容量,提供話音、圖像和數(shù)據(jù)等多種通信服務(wù),確保用戶信息安全保密。
3.2推廣通信信息技術(shù)寬帶化的發(fā)展
信息的寬帶化對(duì)于光纖傳輸技術(shù)和高通透量網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展起到關(guān)鍵的推進(jìn)作用[3],尤其近年來世界范圍內(nèi)全面展開,無線通信技術(shù)正朝著無線接入寬帶化的方向演進(jìn),這個(gè)方向?qū)o線電通信信號(hào)源穩(wěn)定來說的確非常之重要。
3.3推廣個(gè)人信息化技術(shù)
個(gè)人信息化在全球個(gè)人通信已經(jīng)有著不爭(zhēng)的發(fā)展趨勢(shì)。個(gè)人信息話,能夠有效地減低傳輸路線的信息量堵塞,大幅度提高通信的傳播速度。
3.4拓新接入網(wǎng)絡(luò)的樣式
技術(shù)上融合實(shí)現(xiàn)固定和其他通信等不同業(yè)務(wù),在無線應(yīng)用協(xié)議(WAP)的出現(xiàn)以后,無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的開展得到大幅度的推動(dòng),促進(jìn)了信息網(wǎng)絡(luò)傳送多種業(yè)務(wù)信息的發(fā)展。隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要,傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)與新興的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)融合,尤其具備開發(fā)潛力接入網(wǎng)部分通過固定接入、移動(dòng)蜂窩接入、無線本地環(huán)路入等不同的接入設(shè)備,滿足了生活與生產(chǎn)地各種通信需求。3.5過渡電路交換網(wǎng)絡(luò)
關(guān)于過渡電路交換網(wǎng)絡(luò),IP網(wǎng)絡(luò)無疑是核心關(guān)鍵技術(shù),是最合適的選擇對(duì)象,處理數(shù)據(jù)的能力電路交換網(wǎng)絡(luò)大大提升,這一點(diǎn)對(duì)保持通信暢通方面解決了信號(hào)容易受到干擾的難題。
3.6使用Bluetooth技術(shù)作為信號(hào)傳感器
Bluetooth技術(shù)具有更高的安全性和適用性,利用藍(lán)牙做出來的傳感器隨時(shí)反映出用戶所需要的信號(hào)方向,一旦連接到Internet上的話,即可以實(shí)現(xiàn)更具備高度的機(jī)動(dòng)性及可用性。
3.7推廣軟件無線電
軟件無線電通信偵察與對(duì)抗方面世人矚目,但它僅限于軍事通信領(lǐng)域,如果能夠推廣到市場(chǎng),對(duì)于無線電通信技術(shù)的通信內(nèi)容保密性來說將是一大跨步的改革創(chuàng)新。
3.8提高無線通信網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)性
無線電通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如果沒有良好的配置和網(wǎng)絡(luò)部署,一旦受到安全威脅,其后果不堪設(shè)想。因此,無線電通信技術(shù)通信方法的拓新我們與必要提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能、優(yōu)化設(shè)備配置、冗余備份等等手段來保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性[4]。
結(jié)束語(yǔ)
回顧無線通信的發(fā)展歷程,無線電通信技術(shù)的傳輸路線、傳輸距離、通信靈活性、信號(hào)穩(wěn)定性、保密性等方面的需求將愈來愈突出。通信方法新技術(shù)的拓新將有愈來愈廣闊的活動(dòng)舞臺(tái)及光明的發(fā)展前景。鑒于市場(chǎng)對(duì)經(jīng)濟(jì)的推進(jìn)作用,盡管我國(guó)的無線電通信技術(shù)發(fā)展速度飛快,但面對(duì)我國(guó)12億人口的通信需求,無線電通信技術(shù)普及率低的問題,面對(duì)我國(guó)12億人口,網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和容量方面就變得蒼白無力了。同時(shí),無線電通信技術(shù)愈來愈激烈競(jìng)爭(zhēng)局面促使各無線電通信運(yùn)營(yíng)企業(yè)積極拓新新的技術(shù)涵蓋面,提升自身的營(yíng)業(yè)水平,為市場(chǎng)提供豐更加富的選擇,滿足用戶各個(gè)方面、各個(gè)層次的需求。因此,在無線電通信技術(shù)通信方法應(yīng)用開發(fā)的發(fā)展?jié)摿o窮,這要求我們積極加快無線領(lǐng)域的科技進(jìn)步,為無線電通信技術(shù)創(chuàng)新出謀劃策,為全球信息化及經(jīng)濟(jì)全球化的通信事業(yè)貢獻(xiàn)力量。
參考文獻(xiàn)
[1]《信號(hào)與系統(tǒng)(第二版)》A.V.Oppenheim西安交通大學(xué)出版社2000年.
軟件無線電是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、高速數(shù)字處理技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來的,其基本思想就是將寬帶A/D/A變換器盡可能地靠近天線,將電臺(tái)的各種功能盡量在一個(gè)開放性、模塊化的平臺(tái)上由軟件來確定和實(shí)現(xiàn)。該平臺(tái)的調(diào)制方式、碼速率、載波頻率、指令數(shù)據(jù)格式、調(diào)制碼型等系統(tǒng)工作參數(shù)具有完全的可編程性。
傳統(tǒng)的衛(wèi)星測(cè)控平臺(tái)存在著性能不完善,調(diào)制方式、副載波、碼速率組態(tài)不靈活,體積偏大等問題。研制和開發(fā)通用化、綜合化、智能化的測(cè)控平臺(tái),通過注入不同的軟件,實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)制載頻、調(diào)制方式、傳輸碼速率等參數(shù)的改變,應(yīng)用于各種軌道衛(wèi)星平臺(tái)的遙測(cè)遙控任務(wù)。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)是整個(gè)軟件無線電方案的靈魂和核心所在。通用平臺(tái)的靈活性、開妻性、通用性等特點(diǎn)主要是通過以數(shù)字信號(hào)處理器為中心通用硬件平臺(tái)及DSP軟件來實(shí)現(xiàn)的。經(jīng)過比較,我們采用TI公司的TMS320C6000系列DSP芯片和匹配的芯片形成一套實(shí)時(shí)的DSP系統(tǒng)。
圖1TMS320C6701結(jié)構(gòu)框圖
1軟件無線電通用平臺(tái)的DSP技術(shù)
1.1TMS320C6701DSP芯片介紹
TMS320C6701是TI公司的高性能DSP芯片,具結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
TMS320C6701的主要特點(diǎn)為:
*單指令字長(zhǎng)為32位,8個(gè)指令組成一個(gè)指令包,總字長(zhǎng)為256位,引腳與TMS320C6201系列的引腳兼容。
*體系結(jié)構(gòu)采用甚長(zhǎng)指令字(VLIW)結(jié)構(gòu);
*硬件支持IEEE標(biāo)準(zhǔn)的單精度和雙精度指令集,支持字節(jié)尋址獲得8位/16位/32位數(shù)據(jù),指令集中有位操作指令(包括位域抽取、設(shè)置、清除以及位計(jì)數(shù)、歸一化等);
*1Mb(位)的片內(nèi)存儲(chǔ)空間,其中程序存儲(chǔ)空間和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間各512Kb;
*32b外部存儲(chǔ)器接口(EMIF),有52MB的外部存儲(chǔ)器尋址能力;
*四通道自加載DMA協(xié)處理器,可用于數(shù)據(jù)的DMA傳輸;
*16位宿主機(jī)接口(HPI);
*兩個(gè)多通道緩沖串口(McBSPs);
*兩個(gè)32位通用定時(shí)器;
*靈活的鎖相環(huán)路(PLL)時(shí)鐘產(chǎn)生器,可以對(duì)輸入時(shí)鐘進(jìn)行不同的倍頻處理;
*芯片內(nèi)部有IEEE1149.1標(biāo)準(zhǔn)邊界掃描仿真器(JTAG),可用于芯片的自檢和開發(fā);
*芯片共352腳采用BGA封裝,以獲得好的高頻電氣性能,并使芯片尺寸變??;
*采用0.18μm工藝,則五層金屬組成,輸入輸出接口電壓為3.3V,核心電壓1.8V(167MHz時(shí)為1.9V)。
1.2DSP技術(shù)在軟件平臺(tái)中的應(yīng)用
每套測(cè)控平臺(tái)含雙機(jī)備份的遙控調(diào)制器與遙控解調(diào)器,雙機(jī)分別由獨(dú)立電源供電。系統(tǒng)總體框圖如圖2所示。調(diào)制器與解調(diào)器分別通過不同的RS232串口與遙控處理計(jì)算機(jī)通信,完成對(duì)調(diào)制解調(diào)器的控制及其帶數(shù)據(jù)的收發(fā)。
用戶在每次任務(wù)前通過控制計(jì)算機(jī)設(shè)置調(diào)制方式、調(diào)制參數(shù)及通信連接方式,并調(diào)用算法參數(shù)生成程序產(chǎn)生調(diào)制器和解調(diào)器中算法的預(yù)置參數(shù),并在設(shè)備初始化時(shí)以批數(shù)據(jù)方式從串口送入DSP芯片,經(jīng)校驗(yàn)后送FlashROM中。為保證程序傳送的可靠性,采用IRQ差錯(cuò)控制方式,DSP每接收一個(gè)數(shù)據(jù)包在存儲(chǔ)的同時(shí)向計(jì)算機(jī)回傳數(shù)據(jù)信息,計(jì)算機(jī)一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)出錯(cuò)即轉(zhuǎn)入重傳方式。參數(shù)設(shè)置成功后,調(diào)制解調(diào)器根據(jù)協(xié)議發(fā)送和接收遙控指令,并將工作狀態(tài)回送遙控處理計(jì)算機(jī),同時(shí)在遙控前端機(jī)面板上顯示。
1.3調(diào)制器與解調(diào)器硬件結(jié)構(gòu)與功能描述
硬件系統(tǒng)以DSP為核心,電路主要由下述模塊組成:電源模塊、系統(tǒng)時(shí)鐘及模式設(shè)置模塊、存儲(chǔ)器模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊、與控制計(jì)算機(jī)通信模塊、調(diào)制輸出模塊、B碼時(shí)鐘接收模塊和顯示控制模塊。在解調(diào)系統(tǒng)中,除解調(diào)輸入模塊、解密接口模塊和顯示控制模塊外,其余模塊均與調(diào)制系統(tǒng)一致,如圖3所示。
調(diào)制器加電時(shí),DSP首先通過外部存儲(chǔ)器模塊完成自加載。自加載完成后,由DSP主程序?qū)顟B(tài)顯示監(jiān)控模塊進(jìn)行參數(shù)初始化設(shè)置。在有調(diào)制任務(wù)時(shí),首先由控制計(jì)算機(jī)對(duì)DSP進(jìn)行參數(shù)設(shè)置(如濾波器參數(shù)、調(diào)制制式、調(diào)制副載頻、調(diào)制碼速率等),然后發(fā)調(diào)制數(shù)據(jù)給DSP,由DSP的串行通信口接收數(shù)據(jù),在DSP內(nèi)完成副載頻調(diào)制;調(diào)制數(shù)據(jù)經(jīng)DSP串口發(fā)送給數(shù)模塊轉(zhuǎn)換進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換的信號(hào)過低通可編程濾波器濾波后輸出。解調(diào)器的工作過程與上類似,在檢測(cè)到有已調(diào)副載波進(jìn)入A/D通道時(shí),啟動(dòng)解調(diào)模塊進(jìn)行解調(diào),將解調(diào)的數(shù)據(jù)送到控制計(jì)算機(jī)。
2DSP實(shí)現(xiàn)信號(hào)調(diào)制和解調(diào)
2.1信號(hào)調(diào)制
調(diào)制器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是在可編程的硬件平臺(tái)上,通過注入不同的算法或執(zhí)行軟件,實(shí)現(xiàn)不同載波頻率、調(diào)制方式、傳輸速率和碼型的多制式的通用型調(diào)制器。它將以靈活的重構(gòu)性支持各種通信發(fā)射機(jī)的不同需求,更有利于各通信設(shè)備的互連互連??紤]到數(shù)字直接合成技術(shù)具有數(shù)控靈活、頻率分辨率高、頻率切換快、相位可連續(xù)線性變化、覆蓋帶寬大、生成的正弦/余弦信號(hào)正交性好等特點(diǎn),我們的設(shè)計(jì)方案是以DSPs芯片為內(nèi)核,采用軟件DDS技術(shù),實(shí)現(xiàn)高精度、高性能的數(shù)字調(diào)制器。調(diào)制器的總體框圖如圖4所示。
幀分析在設(shè)備初始化時(shí)完成程序數(shù)據(jù)的接收、校驗(yàn)和轉(zhuǎn)發(fā)(向FlashROM送)。在正常工作時(shí),從幀數(shù)據(jù)中分離出調(diào)制參數(shù)及等調(diào)制數(shù)據(jù),分別送參數(shù)寄存器與數(shù)據(jù)寄存器。
圖5BPSK接收總體框圖
在數(shù)據(jù)格式變換中,完成將輸入的數(shù)據(jù)分別轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)制參數(shù)控制字(如相應(yīng)調(diào)制方式下的頻率控制字K、相位控制字φ和副度控制字A)和相應(yīng)格式的被調(diào)制數(shù)據(jù),經(jīng)滾降處理后(對(duì)于FSK方式可不用滾降處理)對(duì)正弦載波進(jìn)行調(diào)制。
2.2信號(hào)解調(diào)
對(duì)于BPSK接收,我們采用相干解調(diào)方式,如圖5所示。接收信號(hào)經(jīng)帶通采樣得到原始信號(hào)序列后,首先與本地產(chǎn)生的正弦序列相混頻,然后經(jīng)低通濾波除高頻分量,得到其帶信號(hào)樣值序列(正弦序列的頻率與相位也由此樣值序列獲得)。再對(duì)基帶信號(hào)樣值序列進(jìn)行最佳判決點(diǎn)時(shí)刻波形估計(jì),估計(jì)值送往均衡器做均衡處理,均衡結(jié)構(gòu)再做0、1判決得到最終的解調(diào)數(shù)據(jù)。解調(diào)的關(guān)鍵點(diǎn)在于本地載波的同步和符號(hào)定時(shí)誤差的提取。
ASK(FSK)信號(hào)的解調(diào)方法可分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩類。由于相干解調(diào)的抗干擾能力較強(qiáng),本方案采用相干解調(diào)方式。圖6為采用相干解調(diào)時(shí),接收端的解調(diào)總體方案流程框圖。
接收信號(hào)首先經(jīng)低通濾波器,濾除帶外噪聲(此處的低通濾波器由專用器件設(shè)計(jì))。然后經(jīng)A/D變換,得到樣值序列,按照工作的不同階段,分兩路分別與本地相應(yīng)的相干載波進(jìn)行解調(diào),主要包括混頻和低通濾波兩過程。解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)低通濾波器后,恢復(fù)出基帶信號(hào)?;鶐盘?hào)進(jìn)行位定時(shí)和碼元判決,得到最終的解調(diào)數(shù)據(jù)。
與有線電通信技術(shù)相對(duì)應(yīng),近年來無線電通信技術(shù)得到了快速飛躍的發(fā)展,鑒于頻譜資源的有限性,及社會(huì)各界對(duì)無線電頻譜資源的強(qiáng)烈需求,使無線電技術(shù)及其管理問題日益受到人們的廣泛重視。
一、無線電通信技術(shù)
無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明,下面具體介紹:
(一)3G技術(shù)
3G,全稱為3rdGeneration,中文含義就是指第三代數(shù)字通信。目前3G無線電通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主要有CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA。從技術(shù)角度來看,3G主流技術(shù)已經(jīng)基本成熟,CDMA2000由于技術(shù)本身的平滑演進(jìn)特性,進(jìn)入3G的障礙不大。WCDMA以前受版本不斷更新的影響,阻礙了商用進(jìn)程,但目前主體標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)定型,具備了規(guī)模商用的基礎(chǔ)。事實(shí)上歐美等運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)進(jìn)入了3G網(wǎng)絡(luò)部署階段。TD-SCDMA是中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當(dāng)今國(guó)際領(lǐng)先技術(shù)融于其中,在頻譜利用率、對(duì)業(yè)務(wù)支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。另外,由于中國(guó)內(nèi)的龐大的市場(chǎng),該標(biāo)準(zhǔn)受到各大主要電信設(shè)備廠商的重視,全球一半以上的設(shè)備廠商都宣布可以支持TDSCDMA標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)提出不經(jīng)過2.5代的中間環(huán)節(jié),直接向3G過渡,非常適用于GSM系統(tǒng)向3G升級(jí)。
(二)3.5GHz技術(shù)
3.5GHz寬帶固定無線接入技術(shù)MMDS,是工作于3.5GHz無線頻段上的中寬帶無線接入技術(shù),寬帶固定無線接入技術(shù)因?yàn)槠涓邘?、建設(shè)速度快、接入方式靈活等特點(diǎn),受到了業(yè)界的關(guān)注?,F(xiàn)在MMDS使用了傳統(tǒng)的調(diào)制技術(shù),但是未來的技術(shù)將是基于VOFDM的,接收端與反射的信號(hào)相結(jié)合,生成一個(gè)更強(qiáng)的信號(hào)。這種技術(shù)成本低廉,常用于遠(yuǎn)離服務(wù)中心的小型企業(yè)接入網(wǎng),它有時(shí)被稱為WDSL或通稱為寬帶無線技術(shù)。但這項(xiàng)技術(shù)也有其局限性,比如高頻段26GHz的LMDS技術(shù)受天氣影響較大,而3.5GHzMMDS技術(shù)在我國(guó)又受到了帶寬不足等因素的限制。
(三)WLAN(Wi-Fi)技術(shù)
無線局域網(wǎng)技術(shù)WLAN(Wi-Fi),其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為802.11,可實(shí)現(xiàn)十幾兆至幾十兆的無線接入。我國(guó)目前發(fā)展的主要是802.11b標(biāo)準(zhǔn)的WLAN網(wǎng)絡(luò),支持11Mbps的無線接入。WLAN技術(shù)將在特定的區(qū)域和范圍,特別是熱點(diǎn)區(qū)域和高速信息接入領(lǐng)域,發(fā)揮對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充作用。
(四)WiMAX技術(shù)
WiMAX即全球微波接入互操作系統(tǒng),WiMAX不僅在北美、歐洲迅猛發(fā)展,而且這股熱浪已經(jīng)推進(jìn)到亞洲。WiMAX又稱為802.16無線城域網(wǎng),是又一種為企業(yè)和家庭用戶提供“最后一英里”的寬帶無線連接方案。因在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域的高覆蓋范圍(可以覆蓋25~30英里的范圍),以及對(duì)3G可能構(gòu)成的威脅,使WiMAX在最近一段時(shí)間備受業(yè)界關(guān)注。WiMAX相對(duì)于Wi-Fi的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在Wi-Fi解決的是無線局域網(wǎng)的接入問題,而WiMAX解決的是無線城域網(wǎng)的問題。Wi-Fi只能把互聯(lián)網(wǎng)的連接信號(hào)傳送到300英尺遠(yuǎn)的地方,WiMAX則能把信號(hào)傳送31英里之遠(yuǎn)。Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)連接速度為每秒54兆,而WiMAX為每秒70兆。
二、加強(qiáng)無線電管理的主要措施和手段
無線電通信電技術(shù)目前得到了較廣泛的應(yīng)用,但由于無線電通信自身的應(yīng)用和技術(shù)特征,導(dǎo)致必須對(duì)無線電進(jìn)行有效管理,以使之規(guī)范、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行。根據(jù)筆者的總結(jié),目前加強(qiáng)無線電管理的主要措施和手段主要有:
(一)要增強(qiáng)做好無線電管理工作的責(zé)任感和使命感
要增強(qiáng)做好無線電管理工作的責(zé)任感和使命感。無線電頻率是寶貴的國(guó)家戰(zhàn)略資源,應(yīng)組織專門力量,針對(duì)動(dòng)態(tài)情況,嚴(yán)加管理和合理利用。要從國(guó)家政治高度、從資源管理高度,深刻認(rèn)識(shí)無線電管理工作的重要意義和內(nèi)涵,強(qiáng)化大局意識(shí),危機(jī)意識(shí),健全管理機(jī)制,以適應(yīng)和服務(wù)于國(guó)家發(fā)展的需要。同時(shí)加強(qiáng)對(duì)管理人員的培訓(xùn),努力做到無線電管理的法制化、規(guī)范化、科學(xué)化。(二)要切實(shí)抓好無線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)
無線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)為無線電管理工作提供必要技術(shù)支持,是無線電技術(shù)管理的基礎(chǔ)設(shè)施。加強(qiáng)無線電監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)就是要將全國(guó)分散的無線電監(jiān)測(cè)站(中心)進(jìn)行優(yōu)化整合,加強(qiáng)各監(jiān)測(cè)站之間的協(xié)作關(guān)系,加強(qiáng)無線電監(jiān)測(cè)工作,提高頻率資源的有效利用,維護(hù)空中通道的暢通,使各種無線電業(yè)務(wù)相互兼容、正常工作,以維護(hù)國(guó)家頻率的科學(xué)、合理、有效使用。
(三)要加強(qiáng)無線電管理的執(zhí)法力度
無線電技術(shù)為無線電通信的開展提供了重要技術(shù)支撐,隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和相關(guān)應(yīng)用的增多,國(guó)內(nèi)相關(guān)立法應(yīng)當(dāng)逐步完善和成熟,國(guó)家應(yīng)盡快出臺(tái)一部專門的無線電法律法規(guī)以適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)和無線電技術(shù)發(fā)展。無線電管理部門一方面要嚴(yán)格按照國(guó)家的相關(guān)法律法規(guī)進(jìn)行管理,做到嚴(yán)格、規(guī)范,另一方面要嚴(yán)格遵守國(guó)家的法律法規(guī),不做與法律相違背的事,維護(hù)法律的尊嚴(yán)。
(四)建設(shè)一支堅(jiān)強(qiáng)有力的無線電管理專業(yè)隊(duì)伍
搞好無線電管理工作,必須有一支思想好、技術(shù)精、作風(fēng)硬、執(zhí)法嚴(yán)的管理隊(duì)伍。在實(shí)際運(yùn)作過程中,要采取請(qǐng)進(jìn)來、走出去、崗位練兵等措施,支持鼓勵(lì)專業(yè)技術(shù)人員參加各類培訓(xùn),強(qiáng)化技能訓(xùn)練。在法律法規(guī)、無線電管理、監(jiān)測(cè)與檢測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等方面,引導(dǎo)和要求管理人員,自覺跟蹤無線電技術(shù)發(fā)展新動(dòng)態(tài),理論聯(lián)系實(shí)際進(jìn)行技術(shù)交流,使之與當(dāng)前管理任務(wù)相適應(yīng)。同時(shí)還要加強(qiáng)職業(yè)道德、政治素質(zhì)、保密制度、通信紀(jì)律、通信規(guī)則、值班制度等行業(yè)中必需的修養(yǎng)和建設(shè),提高其執(zhí)政能力,不辱使命,高質(zhì)量完成國(guó)家賦予無線電管理部門的神圣職責(zé)。
無線電通信技術(shù)作為極具有發(fā)展?jié)摿Φ囊婚T通信技術(shù),目前得到了持續(xù)和持久的快速發(fā)展,但在快速發(fā)展的過程中,仍時(shí)常暴露出管理方面的不足,因而我們應(yīng)該堅(jiān)持兩條腿走路,一方面,加強(qiáng)技術(shù)研究,另一方面,加強(qiáng)管理,使之實(shí)現(xiàn)又好又快的發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
[1]高兆霖,《超寬帶無線電技術(shù)及實(shí)際應(yīng)用》,載《鐵道技術(shù)監(jiān)督》,2007年10月.
2無線通信干擾的種類
2.1鄰帶干擾
鄰帶干擾是干擾信號(hào)的鄰帶能量與所要接收的正常信號(hào)的鄰帶能量同處一個(gè)頻帶上,導(dǎo)致接收機(jī)接收的鄰帶信號(hào)中夾雜有無用信號(hào),造成了接收信號(hào)的不精確和噪聲比的下降,鄰帶干擾產(chǎn)生的原因是民航飛機(jī)設(shè)備本身的質(zhì)量問題,設(shè)備與國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)有偏頗使得信號(hào)接收出現(xiàn)問題。例如,如果通信系統(tǒng)如果需要在多頻道進(jìn)行信號(hào)的接收,1頻道被用戶1民航甚高頻無線電通信干擾的探討文/常琪在現(xiàn)在的民航飛行環(huán)境中存在著諸多的電磁干擾,本文中筆者對(duì)民航所受的各種干擾信號(hào)從原理方面進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,甚高頻無線電通信是民航飛機(jī)與塔臺(tái)進(jìn)行聯(lián)絡(luò)的重要媒介,涉及民航的安全保障問題。摘要占用,2頻道被用戶2占用,兩個(gè)頻道之間的頻率差為20KHz,那么從理論上來講,1、2兩個(gè)用戶是互相不干擾的,但假如其中一臺(tái)儀器出現(xiàn)了故障,尤其是設(shè)備質(zhì)量導(dǎo)致的故障,就會(huì)導(dǎo)致機(jī)器的發(fā)射頻率的穩(wěn)定性降低,發(fā)射的信號(hào)的頻帶會(huì)加寬,只是1、2兩個(gè)頻帶產(chǎn)生交集。
2.2頻帶外干擾
頻帶外干擾是指信號(hào)接收機(jī)接收到了正常頻帶和鄰帶以外的信號(hào),指示信號(hào)的接受力降低,主要是發(fā)射機(jī)的雜輻射和接收機(jī)的雜輻射響應(yīng)兩種干擾。發(fā)射機(jī)的雜輻射產(chǎn)生原理是:在甚高頻的低頻區(qū)域,一般都是通過晶體振蕩器發(fā)出基本頻率,然后再經(jīng)過多次的頻率放大,得到發(fā)射波最后經(jīng)由無線通信設(shè)備的信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)射出去,但是在信號(hào)放大過程中,放大器的非線性特征使得信號(hào)中產(chǎn)生了大量的諧波的分量,在頻率放大后如果得不到充分地濾波就會(huì)使產(chǎn)生的諧波與信號(hào)一起被放大然后發(fā)送出去,使接受對(duì)應(yīng)頻率的接收機(jī)對(duì)信號(hào)的判斷出錯(cuò),這種由接收機(jī)輻射產(chǎn)生的干擾信號(hào)只能從發(fā)射收機(jī)一段進(jìn)行解決,因此國(guó)家對(duì)各種信號(hào)發(fā)射機(jī)做了非常明確的規(guī)定,以將其在輻射值控制在合理的范圍之內(nèi)進(jìn)而減少發(fā)射波的雜輻射,但往往會(huì)因?yàn)閺S家的利欲熏心而是無線通信環(huán)境受到污染;收機(jī)的雜輻射響應(yīng)一般是指,接收機(jī)不光會(huì)接收到有用信號(hào)還會(huì)接收到頻率之外的信號(hào),這種能力被稱為雜輻射響應(yīng),當(dāng)接收機(jī)所收到的信號(hào)剛好是本接收機(jī)中頻信號(hào),而且發(fā)射機(jī)對(duì)放大的雜輻射信號(hào)過濾不徹底,接收機(jī)就會(huì)對(duì)此信號(hào)發(fā)生響應(yīng),于是使得有用信號(hào)的受到了干擾。
2.3互調(diào)干擾
互調(diào)干擾是民航甚高頻干擾信號(hào)中最為嚴(yán)重的一類信號(hào),一般分為外部信號(hào)引起的互調(diào)干擾、接收機(jī)引起的互調(diào)干擾和發(fā)射機(jī)引起的互調(diào)干擾三種?;フ{(diào)的產(chǎn)生需要一定的條件,即干擾信號(hào)需要一定的幅度,干擾頻率與擾的接收機(jī)的特定接收頻率之間存在一定的間隔關(guān)系,特別的,對(duì)于接收機(jī)互調(diào)干擾而言,接收機(jī)和干擾信號(hào)需要同時(shí)處在工作狀態(tài)。發(fā)射機(jī)互調(diào)干擾是指多部發(fā)射機(jī)的信號(hào)同時(shí)施加到一臺(tái)發(fā)射機(jī),由于功率放大器的非線性特征使得各路信號(hào)互調(diào),將產(chǎn)生的無用信號(hào)也發(fā)射出去影響接收機(jī)的正常信號(hào)接收的信號(hào)干擾。接收機(jī)互調(diào)干擾是指多個(gè)干擾信號(hào)同時(shí)被一臺(tái)接收機(jī)接收,在混頻時(shí)產(chǎn)生了可以被接收機(jī)接受的信號(hào),這種信號(hào)干擾能力大小主要取決于干擾信號(hào)的大小。外部引起的互調(diào)干擾是由發(fā)射機(jī)的濾波器或者外部饋線電路的穩(wěn)定性降低導(dǎo)致的,在強(qiáng)射頻場(chǎng)中發(fā)生互調(diào)而形成的干擾信號(hào),所以這種信號(hào)干擾最容易避免。機(jī)場(chǎng)甚高頻的頻率一般在130MHz左右,商業(yè)廣播在88-108MHz左右,可見兩段信號(hào)的頻率譜比較接近,如果兩系統(tǒng)的距離太小形成交叉區(qū)域就會(huì)造成信號(hào)的互調(diào),而且商業(yè)信號(hào)本身的功率就比較大,經(jīng)過多個(gè)非線性的放大器放大后落在民航信號(hào)頻率段內(nèi)就會(huì)對(duì)民航信號(hào)產(chǎn)生干擾,可以通過物理間隔降低發(fā)射機(jī)的耦合、在發(fā)射極的信號(hào)發(fā)射端安裝單向器或者以上兩種方法相結(jié)合的辦法預(yù)防民航甚高頻的無線通信干擾。
2.4同頻率干擾
同頻率干擾是指干擾信號(hào)和有用信號(hào)具有相同的頻率,但不是接收機(jī)需要的信號(hào)。在信號(hào)的接受過程中,有用信號(hào)和無用信號(hào)都會(huì)被處理,由于信號(hào)的載波不同會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真,這種信號(hào)干擾主要是由同頻波的接收機(jī)的距離太小導(dǎo)致的,是干擾信號(hào)中相對(duì)較容易找到干擾源的一種信號(hào)干擾。
廣播電視(Radioandtelevision),它主要是利用無線的電波或?qū)Ь€來向廣大地區(qū)進(jìn)行圖像節(jié)目、音響播送等傳播性的媒介,統(tǒng)稱廣播。而只進(jìn)行聲音播送的則稱之為有聲音廣播。既可播送聲音,又播送圖像的則稱之為電視廣播。在一定程度上,雖然自媒體時(shí)代下,對(duì)于我國(guó)廣播電視業(yè)帶來了巨大的發(fā)展性沖擊,我國(guó)的廣播電視業(yè)也深受打擊急需尋求新的突破性發(fā)展路徑。但是,無論自媒體如何引領(lǐng)新時(shí)代的發(fā)展浪潮,人們對(duì)于廣播電視業(yè)的熱衷也不曾削減,廣播電視一直都是人們所熱衷的媒介。那么,對(duì)于我國(guó)廣播電視業(yè)來說,要想不被自媒體所淘汰,不負(fù)眾望尋求新的發(fā)展性突破,就必須提高對(duì)無線發(fā)射性技術(shù)的重視程度,對(duì)該項(xiàng)技術(shù)予以深度的分析,研究出其最佳的應(yīng)用路徑,以通過無線發(fā)射性技術(shù)新的創(chuàng)新發(fā)展,來引領(lǐng)我國(guó)廣播媒體開辟發(fā)展蹊徑。
1技術(shù)概述
廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù),其具有著便捷性的接收、較為的成本投入、較為簡(jiǎn)潔化的技術(shù)操作、較廣大輻射范圍等特征。目前,在我國(guó)一些較為偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村地區(qū)應(yīng)用的較為普遍,是偏遠(yuǎn)地區(qū)廣播電視主要的應(yīng)用方式。在一定程度上,伴隨著我國(guó)廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù)日新月異的發(fā)展,可謂是給廣大偏遠(yuǎn)地區(qū)人們帶來了眾多的福利,他們能夠在遙遠(yuǎn)的山區(qū)就可觀看到豐富多彩的廣播電視節(jié)目,為我國(guó)廣播電視業(yè)服務(wù)網(wǎng)全覆蓋性發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了重要的基礎(chǔ),重要性較為突出。同時(shí),通過無線發(fā)射性技術(shù)在我國(guó)廣播電視業(yè)當(dāng)中有效的應(yīng)用,還能夠極大的減輕廣大廣播電視人的工作量,可實(shí)現(xiàn)人工智能化的廣播電視相關(guān)信息數(shù)據(jù)的傳輸及接收,為廣播電視業(yè)的全智能化操控及發(fā)展奠定了重要基礎(chǔ),讓我國(guó)的廣播電視業(yè)能夠?yàn)槭鼙娞峁┳罹攥F(xiàn)代化的服務(wù)。
2技術(shù)創(chuàng)新研究
2.1注重感知性無線電高新技術(shù)的研發(fā)
在廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù),其主要強(qiáng)調(diào)的是期間各類頻譜性資源的有效性利用。但是,從廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況來看,無線的電頻譜的查找存在著較大的難度性,且會(huì)對(duì)于廣播電視相關(guān)信息數(shù)據(jù)的傳輸產(chǎn)生一定的阻礙性作用,不利于我國(guó)廣播電視業(yè)為廣大受眾提供高質(zhì)量的服務(wù)。那么,針對(duì)這一問題就需要我國(guó)廣播電視業(yè)在進(jìn)行無線發(fā)射性技術(shù)實(shí)際應(yīng)用期間,注重感知性無線電高新技術(shù)的研發(fā)。在一定程度上,通過對(duì)感知性無線電高新技術(shù)的研發(fā),就能夠通過感知性無線電技術(shù)進(jìn)行廣播電視相關(guān)信息數(shù)據(jù)的查詢,還可進(jìn)行閑置性無線電相應(yīng)頻譜的合理連接,大大提升了無線電其頻譜性資料實(shí)際的利用效率,可有針對(duì)性的處理有效性頻率的連接性問題,提高廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù)智能性及靈活性,讓我國(guó)的廣播電視業(yè)為廣大受眾提供全方位的服務(wù)。
2.2注重?zé)o線電空中技術(shù)的開發(fā)
無線電空中技術(shù),其早期主要應(yīng)用軍事作戰(zhàn)當(dāng)中。那么,伴隨著我國(guó)無線電空中技術(shù)日新月異的發(fā)展,無線電空中技術(shù)也被各高端行業(yè)及領(lǐng)域當(dāng)中實(shí)現(xiàn)了有效性應(yīng)用。而對(duì)于我國(guó)廣播電視業(yè)來說,也可適當(dāng)向著無線電空中技術(shù)的方向進(jìn)行有效性的開發(fā)及研究,以進(jìn)一步提升我國(guó)廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展,保證廣播電視信號(hào)的穩(wěn)定性,提供廣播電視相關(guān)信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)男始百|(zhì)量,為廣播電視的廣大受眾提供更為高質(zhì)量的服務(wù)。
2.3科學(xué)設(shè)置高空光纜架設(shè)的高度
在一定程度上,廣播電視的信號(hào)傳輸其主要是依靠于高空的光纜,它是廣播電視的信號(hào)傳輸基礎(chǔ),更是信號(hào)實(shí)現(xiàn)高速發(fā)射的根本保證。那么,我國(guó)的廣播電視業(yè)要想進(jìn)一步提高無線發(fā)射性技術(shù)的應(yīng)用效果,就應(yīng)當(dāng)科學(xué)設(shè)置高空光纜架設(shè)的高度,以為無線發(fā)射性技術(shù)的有效性應(yīng)用奠定重要基礎(chǔ),保證在利用無線發(fā)射性技術(shù)進(jìn)行廣播電視的信號(hào)傳輸時(shí),可以高質(zhì)量的完成,盡最大可能地保證廣播電視的信號(hào)傳輸效率。
2.4注重防雷設(shè)施的合理化設(shè)置
對(duì)于廣播電視業(yè)來說,防雷設(shè)施的合理化設(shè)備,也是提升無線發(fā)射性技術(shù)的應(yīng)用效果的創(chuàng)新舉措之一,也可進(jìn)一步提升無線發(fā)射性技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中的安全性及可靠性。因而,這就需要我國(guó)的廣播電視業(yè)應(yīng)當(dāng)尤為注重防雷設(shè)施的合理化設(shè)置。(1)進(jìn)行避雷帶網(wǎng)與避雷針等這些傳統(tǒng)避雷設(shè)施的合理化設(shè)置。在設(shè)置期間,應(yīng)當(dāng)注意天線與避雷針之間間距的控制。通常情況下,通信的天性應(yīng)當(dāng)安裝于避雷針的外線1.5個(gè)波長(zhǎng)之外,為天線與避雷針?biāo)幬恢玫闹髦弥校唬?)進(jìn)行無線防雷覆蓋性接地,設(shè)置好接地網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國(guó)家的相關(guān)要求,避雷針的接地性電阻應(yīng)當(dāng)小于10Ω,且不超過4Ω設(shè)備的地網(wǎng)性電阻;(3)將發(fā)射性信號(hào)線防護(hù)的相關(guān)工作做好。在信號(hào)線位置上進(jìn)行避雷針的安裝,以實(shí)現(xiàn)對(duì)所有信號(hào)線的屏蔽,避免其與外界發(fā)生接觸情況。從而進(jìn)一步提升廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù)應(yīng)用的安全性及穩(wěn)定性,保障廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù)實(shí)際應(yīng)用效果。
3結(jié)語(yǔ)
綜上所述,當(dāng)前是我國(guó)廣播電視業(yè)實(shí)現(xiàn)突破性發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期。為了能夠進(jìn)一步推動(dòng)我國(guó)廣播電視業(yè)的快速發(fā)展,就需要對(duì)廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù),進(jìn)行綜合性的分析及研究,探索出廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù)在新時(shí)期突破創(chuàng)新的有效性路徑。從而能夠不斷提升廣播電視中無線的發(fā)射技術(shù)綜合水準(zhǔn),以實(shí)現(xiàn)廣播電視中無線發(fā)射性技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)化,為我國(guó)廣播電視業(yè)在新時(shí)期的蓬勃性發(fā)展提供重要的技術(shù)保障。
在寬帶網(wǎng)建設(shè)中,除了增加骨干網(wǎng)傳輸通路的帶寬、網(wǎng)上服務(wù)器的處理能力及路由器速度以外,主要是緩解用戶接入網(wǎng)瓶頸。目前,寬帶用戶接入技術(shù)主要有高速數(shù)字環(huán)路(xDSL)、光纖接入方式、雙向混合光纖/同軸電纜(HFC)和寬帶無線接入網(wǎng)(如MMDS和LMDS)等手段。其中,寬帶無線接入是近年來新興的一種接入手段。本文將重點(diǎn)探討寬帶無線接入技術(shù)及其應(yīng)用前景。
1.無線接入技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)
1.1首先,話音通信和寬帶數(shù)據(jù)通信逐漸無線化。隨著固定無線接入系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)在技術(shù)和市場(chǎng)方面的發(fā)展,通過無線方式進(jìn)行通信的用戶數(shù)量急劇增長(zhǎng),在幾年后,無線話音通信和窄帶數(shù)據(jù)通信的用戶數(shù)量將可能超過有線用戶。目前在中國(guó)的部分地區(qū),移動(dòng)電話用戶的增長(zhǎng)數(shù)量已超過有線電話用戶的增長(zhǎng)。
1.2無線通信須適應(yīng)IP業(yè)務(wù)的發(fā)展。隨著計(jì)算機(jī)的普及和電子商務(wù)等新業(yè)務(wù)的發(fā)展,數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)量正以指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng),其中使用IP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的業(yè)務(wù)量更是急劇增加。固定無線接入系統(tǒng)和移動(dòng)通信系統(tǒng)須適應(yīng)IP通信業(yè)務(wù)發(fā)展的需求,并逐漸向高速、寬帶通信網(wǎng)推進(jìn)。
1.3無線通信與有線通信始終在互補(bǔ)支持發(fā)展。與無線通信相比,有線通信具有容量大、速率高、寬頻帶和傳輸質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn),能滿足高速數(shù)據(jù)通信和寬帶多媒體業(yè)務(wù)的通信需求。在無線通信方面,第三代移動(dòng)通信擬達(dá)到的目標(biāo)是靜止?fàn)顟B(tài)下為2Mbit/s,10GHz頻段下的固定無線接入通信已可實(shí)現(xiàn)20Mbit/s左右或更高速率。更高頻段的無線接入亦在向更高速率邁進(jìn),無線通信正利用其實(shí)現(xiàn)個(gè)人通信的優(yōu)勢(shì)始終與有線通信在互補(bǔ)支持發(fā)展著。
2.無線接入系統(tǒng)在通信網(wǎng)中的定位
無線接入技術(shù)的主要作用是,在一定條件下,用于提供本地交換局至用戶終端之間的通信傳輸,但不提供局間漫游服務(wù)。在建筑物內(nèi)或局部區(qū)域,可通過移動(dòng)終端提供服務(wù)。在地形復(fù)雜的山區(qū)、海島或用戶稀少、分散的農(nóng)村地區(qū),鋪設(shè)有線電纜比較困難、投資大,用戶經(jīng)濟(jì)實(shí)力較低,只有選用無線接入技術(shù),才能解決電話普及與運(yùn)營(yíng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益的矛盾。在遇到洪水、地震、臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)害時(shí),無線接入系統(tǒng)可作為有線通信網(wǎng)的臨時(shí)應(yīng)急系統(tǒng)快速提供基本業(yè)務(wù)服務(wù)。
在通信網(wǎng)中,無線接入系統(tǒng)的定位是:本地通信網(wǎng)的部分是本地有線通信網(wǎng)的延伸、補(bǔ)充和臨時(shí)應(yīng)急系統(tǒng)。
3.無線接入技術(shù)
3.1MMDS接入技術(shù)
MMDS多路微波分配系統(tǒng)已成為有線電視系統(tǒng)的重要組成部分,MMDS是以傳送電視節(jié)目為目的,模擬MMDS只能傳8套節(jié)目,隨著數(shù)字圖像/聲音技術(shù)和對(duì)高速數(shù)據(jù)的社會(huì)需求的出現(xiàn),模擬MMDS正在向數(shù)字MMDS過渡。MMDS的頻率是2.5~2.7MHz。它的優(yōu)點(diǎn)是:雨衰可以忽略不計(jì);器件成熟;設(shè)備成本低。它的不足是帶寬有限,僅200MHz。許多通信公司看中用LMDS技術(shù)來作為數(shù)據(jù)、話音和視頻的雙向無線高速接入網(wǎng)。但由于MMDS的成本遠(yuǎn)低于LMDS,技術(shù)也更成熟,因而通信公司愿意從MMDS入手。它們正在通過數(shù)字MMDS開展無線雙向高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),主要是雙向無線高速英特網(wǎng)業(yè)務(wù)。
近年,我國(guó)有的大城市已經(jīng)成功地建成了數(shù)字MMDS系統(tǒng),并且已經(jīng)投入使用。不僅傳送多套電視節(jié)目,同時(shí)還將傳送高速數(shù)據(jù),成為我國(guó)數(shù)字MMDS應(yīng)用的先驅(qū)。數(shù)字MMDS不應(yīng)該單純?yōu)榱硕鄠麟娨暪?jié)目,而應(yīng)該充分發(fā)揮數(shù)字系統(tǒng)的功能,同時(shí)傳送高速數(shù)據(jù),開展增值業(yè)務(wù)。高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)能促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,同時(shí)也為MMDS經(jīng)營(yíng)者帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。因?yàn)閿?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的收入遠(yuǎn)高于電視業(yè)務(wù)的收入。
3.2LMDS接入技術(shù)
本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)LMDS工作于24GHz~38GHz頻段,帶寬在1.3GHz左右,傳輸容量大和應(yīng)用靈活等特點(diǎn)使其成為目前倍受矚目的天線寬帶接入技術(shù)。
一個(gè)完整的LMDS系統(tǒng)由四部分組成,分別是本地光纖骨干網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)中心(NOC)、基站系統(tǒng)、用戶端設(shè)備(CPE)。
寬帶無線接入技術(shù)主要有多通道多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)(MMDS)和本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)(LMDS)兩種。它們是在成熟的微波傳輸技術(shù)上發(fā)展起來的,所采用的調(diào)制方式與微波傳輸相似,主要為相移鍵控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度調(diào)制QAM(包括4-QAM、16-QAM、64-QAM等)。不同之處是MMDS和LMDS均采用一點(diǎn)多址方式,微波傳輸則采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式。
LMDS的特點(diǎn)是:
(1)LMDS的帶寬可與光纖相比擬,實(shí)現(xiàn)無線“光纖”到樓,可用頻帶至少1GHz。與其他接入技術(shù)相比,LMDS是最后一公里光纖的靈活替代技術(shù)。
(2)光纖傳輸速率高達(dá)Gb/s,而LMDS傳輸速率可達(dá)155Mb/s,穩(wěn)居第二。
(3)LMDS可支持所有主要的話音和數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)準(zhǔn),如ATM、TCP/IP、MPEG-2等。
(4)LMDS工作在毫米波波段、20~40GHz頻率上,被許可的頻率是24GHz、28GHz、31GHz、38GHz,其中以28GHz獲得的許可較多,該頻段具有較寬松的頻譜范圍,最有潛力提供多種業(yè)務(wù)。
LMDS的缺點(diǎn)是:
(1)傳輸距離很短,僅5~6Km,因而不得不采用多個(gè)小蜂窩結(jié)構(gòu)來覆蓋一個(gè)城市。
(2)多蜂窩系統(tǒng)復(fù)雜。
(3)設(shè)備成本高。
(4)雨衰太大,降雨時(shí)很難工作。
3.3WCDMA接入技術(shù)
WCDMA技術(shù)能為用戶帶來最高2Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率,在這樣的條件下,現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中應(yīng)用的任何媒體都能通過無線網(wǎng)絡(luò)輕松地傳遞。WCDMA的優(yōu)勢(shì)在于,碼片速率高,有效地利用了頻率選擇性分集和空間的接收和發(fā)射分集,可以解決多徑問題和衰落問題,采用Turbo信道編解碼,提供較高的數(shù)據(jù)傳輸速率,FDD制式能夠提供廣域的全覆蓋。下行基站區(qū)分采用獨(dú)有的小區(qū)搜索方法,無需基站間嚴(yán)格同步;采用連續(xù)導(dǎo)頻技術(shù),能夠支持高速移動(dòng)終端。相比第二代的移動(dòng)通信技術(shù),WCDMA具有:更大的系統(tǒng)容量、更優(yōu)的話音質(zhì)量、更高的頻譜效率、更快的數(shù)據(jù)速率、更強(qiáng)的抗衰落能力、更好的抗多徑性、能夠應(yīng)用于高達(dá)500Km/h的移動(dòng)終端的技術(shù)優(yōu)勢(shì),而且能夠從GSM系統(tǒng)進(jìn)行平滑過渡,保證運(yùn)營(yíng)商的投資,為3G運(yùn)營(yíng)提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)。WCDMA通過有效地利用寬頻帶,不僅能順暢地處理聲音、圖像數(shù)據(jù)、與互聯(lián)網(wǎng)快速連接,而且WCDMA和MPEG-4技術(shù)結(jié)合起來還可以處理真實(shí)的動(dòng)態(tài)圖像。
3.43G通信技術(shù)
在上述通信技術(shù)的基礎(chǔ)之上,無線通信技術(shù)將邁向3G通信技術(shù)時(shí)代。3G強(qiáng)大的帶寬和傳輸速率給多媒體通信提供了高速傳輸?shù)目赡苄浴耐ㄐ湃萘可?3G較第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)有大幅提升。另外,3G有效地利用了頻率選擇性分集和空間的接收和發(fā)射分集,可以解決多徑問題和衰落問題,使傳輸速率有了大幅提高,該技術(shù)又稱為國(guó)際移動(dòng)電話2000,該技術(shù)規(guī)定,移動(dòng)終端以車速移動(dòng)時(shí),其傳轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)速率為144Kbps,室外靜止或步行時(shí)速率為384Kbps,而室內(nèi)為2Mbps。但這些要求并不意味著用戶可用速率就可以達(dá)到2Mbps,因?yàn)槭覂?nèi)速率還將依賴于建筑物內(nèi)詳細(xì)的頻率規(guī)劃以及組織與運(yùn)營(yíng)商協(xié)作的緊密程度。然而,無線LAN一類的高速業(yè)務(wù)的速率已可達(dá)54Mbps。
2無線通信技術(shù)在電力系統(tǒng)監(jiān)控中的具體應(yīng)用
在電力系統(tǒng)中設(shè)置監(jiān)控系統(tǒng),利用監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)遠(yuǎn)程設(shè)備的操作,能大大提高電力系統(tǒng)的工作效率,滿足人們的生活需要。因此,在電力系統(tǒng)監(jiān)控中應(yīng)用無線通線技術(shù)已成為社會(huì)發(fā)展的需要。
2.1在電力用戶和線路設(shè)備等方面的應(yīng)用
利用無線通信技術(shù)可以把電力用戶、設(shè)備、線路等監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來,建立一定范圍的局域網(wǎng),通過遠(yuǎn)程集抄終端,定時(shí)抄傳電力用戶的電表信息并進(jìn)行存儲(chǔ),避免了因系統(tǒng)異常導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失;無線集抄終端還可以智能判斷電路設(shè)備是否出現(xiàn)故障,并把發(fā)現(xiàn)的問題傳送到服務(wù)器,及時(shí)發(fā)出警告。通過無線通信技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作,如抄表、查詢、統(tǒng)計(jì)、瀏覽、分析、打印等,避免了人為因素導(dǎo)致的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等弊端,提高了電力系統(tǒng)的工作效率和電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。
2.2在電力服務(wù)方面的應(yīng)用
通過無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)電力系統(tǒng)的監(jiān)控,把用電系統(tǒng)和移動(dòng)終端實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接,既滿足了電力部門向電力用戶及時(shí)發(fā)放用電信息的需要,也滿足了電力用戶根據(jù)個(gè)人需要自行定制信息查詢的需要。利用無線通信技術(shù),通過移動(dòng)終端,采用SMS、WAP、PUSH等形式,實(shí)現(xiàn)辦公自動(dòng)化和監(jiān)控職能,電力部門可以根據(jù)通知的重要程度采用自動(dòng)語(yǔ)音通知的形式,并通過設(shè)定系統(tǒng)得到回復(fù)結(jié)果。同時(shí),通過對(duì)電力系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控實(shí)現(xiàn)電力部門和電力用戶的信息溝通,及時(shí)解決出現(xiàn)的問題,提高電力部門的服務(wù)效率,滿足電力用戶的需要。電力用戶可以通過無線網(wǎng)絡(luò)利用EMAIL、SMS、WAP_PUSH等形式,讓手機(jī)等終端進(jìn)行信息查詢和信息定制,提高了電力用戶的滿意度,完善了電力部門的服務(wù)職能。
2.3在電力系統(tǒng)內(nèi)部的應(yīng)用
隨著電子技術(shù)的發(fā)展,使無線通信技術(shù)在電力系統(tǒng)監(jiān)控中的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的發(fā)展,通過無線通信技術(shù)的定位功能可以對(duì)電力系統(tǒng)工作人員的工作情況進(jìn)行監(jiān)控。隨著智能機(jī)的出現(xiàn),利用手機(jī)終端還可以實(shí)現(xiàn)信息共享,提高工作效率。如,工作人員在野外工作時(shí),可以通過手機(jī)終端進(jìn)行信息查閱,及時(shí)處理和解決遇到的新問題,提高其工作效率。
電力信息采集業(yè)務(wù)是對(duì)用戶的用電信息進(jìn)行采集、監(jiān)測(cè)和處理,實(shí)現(xiàn)用戶用電信息計(jì)量異常監(jiān)測(cè)以及用戶用電信息采集、分析和管理,同時(shí)也讓電能質(zhì)量被實(shí)時(shí)監(jiān)控等,在用戶服務(wù)、市場(chǎng)管理、電費(fèi)實(shí)時(shí)結(jié)算等多方面提供實(shí)時(shí)、可靠的數(shù)據(jù)。電力用電信息采集系統(tǒng)分主站層、通信信道層和采集設(shè)備層三層。[1]主站與其他應(yīng)用系統(tǒng)和公網(wǎng)信道是由防火墻分離開來,單獨(dú)組網(wǎng)。在主站層里有前置采集平臺(tái)、營(yíng)銷采集業(yè)務(wù)應(yīng)用以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理三部分組織。前置采集平臺(tái)管理和調(diào)查各種與終端的遠(yuǎn)程通信;營(yíng)銷采集業(yè)務(wù)應(yīng)用讓系統(tǒng)的各部分應(yīng)用功能得到充分得到充分發(fā)揮;數(shù)據(jù)庫(kù)管理實(shí)現(xiàn)用電終端的用電信息有效管理,并擔(dān)負(fù)起協(xié)議解析職責(zé)。實(shí)現(xiàn)這三種功能,需要由前置采集服務(wù)器、營(yíng)銷系統(tǒng)服務(wù)器以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成主站網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)構(gòu)。采集設(shè)備層的主要任務(wù)是收集和提供整個(gè)系統(tǒng)的原始用電信息,是整個(gè)系統(tǒng)的底層,又分為計(jì)量設(shè)備層、終端子層兩個(gè)子層,分別負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和數(shù)據(jù)輸出和收集用戶計(jì)量設(shè)備的信息、處理和凍結(jié)相關(guān)數(shù)據(jù),并實(shí)現(xiàn)與上層主站的交互等。而主站層和采集設(shè)備層之間的最重要使是通信信道,為主站和終端信息交互提供平臺(tái)。目前有230MHz電力無線專網(wǎng)、GPRS/CDMA無線公網(wǎng)以及光纖專網(wǎng)等通信信道,而無線技術(shù)的應(yīng)用更能滿足系統(tǒng)需要,其可靠性和穩(wěn)定性成了當(dāng)前的研究重點(diǎn)。用電信息釆集系統(tǒng)主要有五大功能,分別是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)接口、運(yùn)行維護(hù)管理、數(shù)據(jù)管理及控制和綜合應(yīng)用。數(shù)據(jù)采集主要是根據(jù)業(yè)務(wù)要求編制自動(dòng)采集任務(wù),例如任務(wù)類型和名稱、采集周期和群組、正常補(bǔ)采次數(shù)以及執(zhí)行優(yōu)先級(jí)等信息,對(duì)任務(wù)執(zhí)行情況進(jìn)行管理;系統(tǒng)接口主要是與其他應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行連接;運(yùn)行維護(hù)管理功能是對(duì)密碼、權(quán)限、檔案、通信與路由、終端、運(yùn)行狀況、故障記錄、報(bào)表等方面的內(nèi)容進(jìn)行有效管理;數(shù)據(jù)管理及控制功能包括對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算、檢查、分析、存儲(chǔ)等內(nèi)容進(jìn)行管理以及對(duì)電量、功率、費(fèi)率、電纜催收等內(nèi)容進(jìn)行控制;綜合應(yīng)用功能主要是提供異常用電分析、有序用電管理、自動(dòng)抄表管理、用電分析、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等服務(wù)。用電信息采集首先由主站對(duì)集體終端進(jìn)行對(duì)時(shí),統(tǒng)一時(shí)間后終端進(jìn)行采集工作狀態(tài),按設(shè)定的時(shí)間間隔進(jìn)行定時(shí)抄表、存儲(chǔ)并通過無線信道傳數(shù)據(jù)到后臺(tái),如無線信道不穩(wěn)定時(shí),后臺(tái)會(huì)自動(dòng)再次生成相應(yīng)的補(bǔ)救命令追補(bǔ)數(shù)據(jù),最后后臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。整個(gè)采集過程,業(yè)務(wù)通信具有整點(diǎn)時(shí)刻定時(shí)抄表,重傳補(bǔ)數(shù)的特點(diǎn),保證在業(yè)務(wù)通信失敗的情況下還可以再次重新傳采集數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)信息采集可靠性。
二、無線通信信道技術(shù)特點(diǎn)與數(shù)據(jù)丟失規(guī)律分析
1.無線通信信道技術(shù)的特點(diǎn)利用信道的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行分析是無線通信信道技術(shù)的重要特征之一。無線通信信道分為小尺度衰落和大尺度衰落兩種衰落大體。小尺度傳播是指信號(hào)在短時(shí)間內(nèi)瞬間產(chǎn)生的變化,而大尺度傳播指的是在相關(guān)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)平均功率的變化。信道的相位、振幅會(huì)受到多徑傳播和多普勒頻移兩者的影響,產(chǎn)生信號(hào)頻散和時(shí)間選擇性衰落。衰落也根據(jù)大小將小尺度衰落分為選擇性頻率衰落和平坦衰落。在電力系統(tǒng)無線通信應(yīng)用中通常有如高斯噪聲、白噪聲、窄帶高斯噪聲等多種噪聲陪隨著信號(hào)的傳輸,短時(shí)衰減是他們其中最大的特點(diǎn),最大可以達(dá)到60~70dB。無線通信信道技術(shù)噪聲有突發(fā)性的脈沖噪聲、自然噪聲、同步周期性脈沖的噪聲、異步周期性脈沖的噪聲。突發(fā)性的脈沖噪聲顧名思義是指網(wǎng)絡(luò)上開關(guān)的操作或者發(fā)生閃電時(shí)產(chǎn)生一系列脈沖噪聲影響到非常寬的頻帶,以致脈沖噪聲密度比背景噪聲的功率譜密度高出50dB;自然噪聲即是指如閃電、雷擊、電焊等自然界各種各校的電磁波造成的自然噪聲;同步周期性脈沖的噪聲是電力設(shè)備按照50Hz或者100Hz來工作的頻率產(chǎn)生的脈沖,功率隨頻率增加而減少;異步周期性脈沖的噪聲是由于大功率電器的開關(guān)發(fā)生周期星的開閉動(dòng)作導(dǎo)致噪聲產(chǎn)生,重復(fù)率主要集中50~200范圍之內(nèi)。2.電力無線通信數(shù)據(jù)丟失規(guī)律不同地區(qū)電力負(fù)荷的特性不同,影響電力負(fù)荷的因素也不完全相同。[2]電力用電信息采集業(yè)務(wù)的主要任務(wù)是對(duì)居民用電信息進(jìn)行采集與監(jiān)控,無線通信往往會(huì)受到電磁干擾的影響。對(duì)用電信息采集無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,指在根據(jù)電磁干擾造成數(shù)據(jù)丟失規(guī)律,結(jié)合信息采集業(yè)務(wù)的應(yīng)用環(huán)境特點(diǎn),調(diào)整選用合適的控制策略,以保證用信息采集業(yè)務(wù)的可靠性。分析數(shù)據(jù)丟失規(guī)律,首先要統(tǒng)計(jì)出24小時(shí)內(nèi)居民用電負(fù)荷與時(shí)間的關(guān)系特性,并結(jié)合用電負(fù)荷量得出階梯獎(jiǎng)業(yè)務(wù)量模型,再根據(jù)模式作出規(guī)律性變化分析。在統(tǒng)計(jì)電力用戶用電負(fù)荷狀況時(shí),節(jié)選廣州某居民區(qū)生活和工作用電負(fù)荷24小時(shí)規(guī)律變化為例,通過采樣、統(tǒng)計(jì)、整理得出一天內(nèi)的用電負(fù)荷曲線,如圖1所示:其中,負(fù)荷比值=瞬時(shí)負(fù)荷量/24小時(shí)平均負(fù)荷量。由圖1可以看出,01:00~05:00時(shí)間段為居民的休息時(shí)間,全天進(jìn)行用電量低谷;05:00~08:00時(shí)間段,居民起床、做飯、上班等,用電量略有所回升;08:00~12:00時(shí)間段為居民上班時(shí)間,使用各種電器設(shè)備,用電量明顯上升,而12:00~13:00為午餐午休時(shí)間,用電量隨著部分活動(dòng)的停止而呈小幅下降;13:00~18:00又進(jìn)入工作期間,用電量也相應(yīng)上升;18:00~20:00時(shí)間段是居民回家做飯時(shí)間,用電量逐漸增加;20:00~23:00時(shí)間是大多數(shù)人在家休息,如電視、空調(diào)等大功率電器大幅啟動(dòng),多數(shù)娛樂場(chǎng)所也進(jìn)行一天的高峰,此時(shí)處于用電高峰期,在21:00附近進(jìn)入一天用電最高峰,隨后便有所下降,至24時(shí)多數(shù)居民已休息,用電量又逐漸步入一天的低谷。電力無線通信數(shù)據(jù)丟失率與電磁干擾因素呈正相關(guān)關(guān)系,一般而已,電磁干擾因素越大,電力無線通信信道數(shù)據(jù)據(jù)丟失率就越大。結(jié)合居民用電負(fù)荷曲線,將一天分成五個(gè)時(shí)間段,依次為K23:00-6:00;K6:00-12:00;K12:00-18:00;K18:00-20:00;K20:00-23:00。五個(gè)時(shí)間段的居民用電量呈遞增趨勢(shì),設(shè)20:00的用電負(fù)荷比值為K20:00,那么K20:00-23:00段的平均負(fù)荷比值為:K20:00-23:00=(K20:00+K21:00+K22:00)/3同理可求得其他四個(gè)時(shí)間段的平均負(fù)荷比值,可以得到五個(gè)級(jí)別的通信數(shù)據(jù)丟失率階梯模型,可以總結(jié)電力無線通信數(shù)據(jù)丟失規(guī)律是隨著用電量的變化而變化。在接入過程中應(yīng)當(dāng)充分根據(jù)此規(guī)律的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)不同的控制方式,從而最大限制提高無線資源的利用率。
三、無線通信技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用
用電信息采集系統(tǒng)通信分為有線通信和無線通信。無線通信又分為無線專網(wǎng)和無線公網(wǎng)。一般而言,變電站采集終端采用有線的光纖通信方式,保證采集實(shí)時(shí)性強(qiáng);高壓客戶采用230MHz專網(wǎng)或無線公網(wǎng)方式;而低壓客戶幾乎都是采用無線公網(wǎng)通信方式。由于居民用電信息采集中,一個(gè)公用配變電下有大量的電力用戶,而且具有用電容量小、計(jì)量點(diǎn)分散等特點(diǎn),本地信道方式將大量的電力用戶信息集中再往系統(tǒng)主站傳輸是一個(gè)低成本的無線通信技術(shù)應(yīng)用方式。因此,用電信息采集系統(tǒng)無線技術(shù)的應(yīng)用主要介紹微功率無線通信、低壓窄帶電力線載波、低壓寬帶電力線載波三種本地信道通信方式的應(yīng)用。[3]微功率無線通信是指采用WSN(WirelessSensorNetworks)技術(shù)的無線通信方式。WSN是一系列微功率通信的總稱,綜合了嵌入式系統(tǒng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等,通信微型傳感器節(jié)點(diǎn)對(duì)用戶進(jìn)行實(shí)時(shí)的感知和監(jiān)控,利用每個(gè)傳感器具有無線通信功能組建成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò),將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心,非常適用于低成本、測(cè)量點(diǎn)多、范圍分散的低壓場(chǎng)合。應(yīng)用WSN技術(shù)克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)點(diǎn)無線傳輸模式的局限性,自組織性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性、網(wǎng)絡(luò)分布式特性等較為明顯,而且通信能力、抗干擾能力都比較強(qiáng),無需要安裝,功耗低,具有很強(qiáng)的成本優(yōu)勢(shì)。無線數(shù)據(jù)支持雙向傳輸,既可以上傳電能表的數(shù)據(jù),又可以接收集中器下發(fā)的命令,還可以中繼來自其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。通信流程如圖2所示:電能表通過無線采集節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)街欣^節(jié)點(diǎn),并由集中器進(jìn)行處理。集中器下發(fā)命令數(shù)據(jù),目標(biāo)無線采集節(jié)點(diǎn)就會(huì)通過多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)收到命令,甚至可以直接收到,然后轉(zhuǎn)發(fā)給電能表。還也可以利用無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),將突發(fā)事件通過無線節(jié)點(diǎn)主動(dòng)上傳到后臺(tái),有效地實(shí)現(xiàn)故障報(bào)警、實(shí)時(shí)監(jiān)控、防竊電。對(duì)于測(cè)量點(diǎn)相對(duì)分散、集中裝表、用戶負(fù)載變化大、載波不穩(wěn)定等場(chǎng)合非常適用。低壓窄帶電力線載波通信指的是載波信息范圍限制在500kHz以內(nèi)的低壓電力線載波通信。配電線主要用于傳輸50Hz大功率電力,配電線連接各種設(shè)備將會(huì)影響到傳輸?shù)耐ㄐ判盘?hào),特別是近年來變頻家用電器大量使用,對(duì)信道的穩(wěn)定性造成巨大的干擾,主要表現(xiàn)為阻抗不穩(wěn)定、噪聲顯著、信號(hào)衰減嚴(yán)重,并且這兩個(gè)因素隨著時(shí)間和頻率變化而變化。窄帶載波通信技術(shù)可以雙向傳輸,不再需要另外通信線路,具有較強(qiáng)的適應(yīng)性,而且具有容易安裝的特點(diǎn),對(duì)于低壓用戶數(shù)據(jù)采集是個(gè)很好的應(yīng)用。但其數(shù)據(jù)傳輸速率較低,容易受到噪聲大、信號(hào)衰減的影響,在通信可靠性方面還存在著一定的技術(shù)障礙。因此,在應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)利用軟硬件技術(shù)結(jié)合,完成組網(wǎng)優(yōu)化窄帶載波通信,對(duì)于一些用電負(fù)載特性變化較小、電能表分散布置困難的區(qū)域具有一定的應(yīng)用價(jià)值。寬帶電力線載波系統(tǒng)工作在1~40MHz頻率范圍,成功避開了kHz頻段帶來的干擾,并通過擴(kuò)頻調(diào)制或者正交方式來獲得兆級(jí)以上的傳輸速率。這種電力線寬帶通信調(diào)制技術(shù)把信道帶寬分成N個(gè)正交的子信道,每個(gè)子信道呈現(xiàn)相對(duì)性和平坦特性,將這些子信道看成理想信息。由于低壓臺(tái)區(qū)電力線上的高頻傳輸信號(hào)往往會(huì)衰減得比較快,需要通過時(shí)分中繼、自動(dòng)中繼、頻分中繼和智能路由計(jì)算等多項(xiàng)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)整個(gè)低壓電力通信網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)并通信。這種通信技術(shù)具有較高的抗干擾能力,適應(yīng)性強(qiáng),可以同時(shí)承載多個(gè)業(yè)務(wù)并對(duì)各個(gè)任務(wù)進(jìn)行并發(fā)處理。同時(shí)有單跳通信距離受限、信號(hào)衰減大等局限性。在應(yīng)用時(shí)還需要采用路由、中繼等行之有效的優(yōu)化措施。根據(jù)寬帶載波的短距離和少分支特性,應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)應(yīng)用于城鄉(xiāng)公變區(qū)供電區(qū)域、電表集中安裝居民區(qū)等,電能表數(shù)據(jù)采集效果和經(jīng)濟(jì)性均優(yōu)于其他的抄表方式。