无线通信论文范文第1篇

我们通常使用的蓝牙传输就是这个原理。短距离无线通信技术在生活中的运用存在着很大的优势。最显著的特点就是成本低，各种通信终端的产销量都比较大，需要足够低的成本进行推广。由于其传输距离比较近，仅仅100μW的功率就可以进行发射信号，耗用的功率比较低。短距离无线通信技术的另外一个重要的特征就是通信对等，和其他需要终端网络设备的无线通信需要进行中转的方式不同，是可以直接进行无线通信的。

二、以ARM9为系统核心的短距离无线通信的技术应用

ARM9系列处理器在应用过程中对系统的要求比较苛刻，成本敏感的嵌入式应用可以为系统提供可靠的高性能和灵活性，丰富的DSP扩展使SoC的设计省去单独使用DSP。此外，PPA特别适合各种应用，例如在数码电子产品、汽车导航及信息娱乐、医用扫描仪、固态驱动器、以及联网领域的应用极为广泛。本文重点介绍ARM9处理器在联网方面的无线局域网802.11、蓝牙、超宽带无线通信UWB的短距离无线通信的应用。

1.蓝牙技术在短距离无线通信中的应用。

蓝牙的传输方式就是一点对多点的无线声音、数据、图像等在几十米的范围内进行传输的方式，一般采用的是2.4ghz的频段，如果增强传输动力，传输范围可以扩至100米。蓝牙传输技术的主要优点是可以为支持多种设备，实现全方位的传播，其传输的数据或者文件不受格式限制，而且安全性比较高，灵活性比较强，范围比较广。总之，只要是可以接线的传输，对蓝牙来说都可以使用。但是由于蓝牙的芯片大小和价格比较高以及协议比较复杂等问题使蓝牙的开发难度比较大，目前市场上蓝牙相关的产品还不是太多。不过就目前已有的蓝牙产品带来的便利来说还是很大的。

2.无线局域网802.11是指具有完全兼容性的802.11标准的IEEE802.11b的子集，也就是IEEE802.11b的别称。

它也具有同蓝牙一样的短距离无线通信功能，目的是通过提供无限局域网的接入实现短距离的通信需求。主要用于办公室、校园、以及有些专卖连、连锁店等服务性的商业场所，以解决用户和用户终端的无线接入。无线局域网802.11又称无线保真技术（wirelessfidelity），简称Wi-Fi，其优点是成本低，传输速度比较快，覆盖范围相比较于蓝牙很广泛，接入过程中省去了布线，方便用户使用。但是，这种短距离无线通信方式也存在着不足之处，其数据传输过程的安全性相对于蓝牙传输技术要略差一些，虽然其电波和宽带的覆盖范围比不过蓝牙，但是这种范围比较宽广的覆盖效果是以较高的功能消耗为代价的。

3.超宽带无限通信UWB的短距离无线通信技术。

超宽带技术UWM指的是信号宽带与中心频率的比值大于25%或者信号宽带大于500MHz的无线通信方案。UWM输送信息采时用的是极短的脉冲信号，与常见的连续载波通信方式不同，UWM的短距离通信技术的脉冲需要使用高达几个GHz的宽带，其传输率可以达到几百分之一，但是发射功率比较小。因此，从理论上讲UWM可以与无线电设备共享宽带。总之，UWM是一种低功耗而又高速度的数据通信方式，具有高速度、成本低、功耗低的优点，是家庭无线网络的很好的选择。

三、总结

无线通信论文范文第2篇

本文与上一讲“无线移动终端的历史及其硬件结构演进”和下一讲“通信业务引领无线移动终端发展未来”合起来,将对我国无线移动终端的过去、现状和未来以及无线移动终端上的主要技术有一个较详细的介绍。

无线移动终端的现状

针对不同的用户群体,现阶段无线移动终端高、中、低端三大类并存,而且多功能终端占据主要市场。多功能终端较传统话音手机功能丰富,它可以摄像、拍照,可以有PDA、MP3甚至计算机的处理功能,它也可以看电视,下载视频节目,还可以做电子钱包或成为电子商务终端。但这种终端由于通信能力和主CPU数据处理能力的限制,需要复杂数据处理能力的业务的实施不够完善,例如摄像头像素可能不够,如果像素够了又受移动网络传输能力限制而出现不能无线传输的问题,到了网络电视和流媒体,对网络传输能力的要求就更高了。所以总的来说,现有网络条件下,业务已经多种多样,但还是不能满足用户体验需求,很多业务目前只是起步阶段,是3G业务的一个雏形,到了3G或者后来的4G,开放的智能终端最终满足用户对移动通信的需求。

传统意义上的移动业务局限于话音业务,硬件结构主要由射频模块和基带处理模块两部分组成。在此硬件基础上的软件比较简单,而且多由终端生产厂商自己研究开发,软件和用户界面都已经固化到终端里,不能修改,或只能通过厂家修改和升级。

如今移动终端数据处理能力不断增强,其应用也日益多样化,对整个系统的软硬件资源要求不断提高,移动终端已不再是传统意义上的移动电话,除了简单的话音通信功能外,它还具备数据通信和数据计算功能。现有的多功能终端能满足一定的数据处理能力,它们多采用ARM9或者ARM11等功能较强的处理器作为控制芯片,而且具有较强的独立终端操作系统,操作系统或通过JAVA和BREW等应用运行平台对外开放应用程序接口(API),以便第三方应用和业务客户端能通过下载运行于终端之上。

目前市场上已经出现了很多功能强大的双处理器(CPU)终端,现阶段的智能移动终端一般就是指这种具备了两个处理器的终端。围绕这两个CPU形成移动智能终端中的两个子系统:通信子系统和应用子系统。目前的这种终端由于标准化程度还不够,不能实现应用的广泛互通,不能实现外部功能接口的互通,也不能实现功能组件的相互替换,所以它们还仅仅是智能终端的雏形。但即便如此,这样强大而复杂的硬件资源需要系统化管理,单独的智能移动终端操作系统主要用来完成诸如进程、内存、外部设备等系统资源的调度和管理,并提供或通过JAVA或BREW等应用运行平台为上层应用软件提供服务。

现阶段存在的移动终端,除了传统的话音终端外,多功能终端和初期的智能终端都逐渐趋于开放,功能组件逐渐模块化,加上OMA、3GPP、OMTP等标准化组织的推动,无线移动终端日益具备了规范的逻辑体系结构,如图1所示。

移动终端操作系统作为连接软硬件、承载应用的关键平台,在智能终端中扮演着举足轻重的角色。目前市场上主流的普通多功能终端操作系统主要有NucleusPLUS、pSOSystem等,主流的智能终端操作系统有Symbian、WindowsCE、PalmOS、Linux等。

NucleusPLUS是由AcceleratedTechnologyInc.(ATI)公司推出的、专为实时嵌入式应用设计的一个抢先式多任务操作系统内核,其95%的代码是用ANSIC写成的,因此非常便于移植并能够支持大多数类型的处理器。从实现角度来看,NucleusPLUS是一组C函数库,应用程序代码与核心函数库连接在一起,生成一个目标代码,下载到目标板的RAM中或直接烧录到目标板的ROM中执行。在典型的目标环境中,NucleusPLUS核心代码区一般不超过20K字节大小。NucleusPLUS采用了软件组件的方法,由于采用了软件组件的方法,NucleusPLUS各个组件非常易于替换和复用。

pSOSystem(简称pSOS)是集成系统有限公司(IntegratedSystems)研发的产品,它是一个由标准组件组成的、可扩展可裁减的嵌入式实时操作系统,包含单处理器支持模块(pSOS+),多处理器支持模块(pSOS+m),文件管理器模块(pHILE),TCP/IP通讯包(pNA),图形界面,JAVA,HTTP等。pSOSystem功能模块完全独立,开发者可根据应用要求扩展系统功能和存储容量。pSOS在中国市场占有率较高,主要应用领域包括通讯、航天、信息家电以及工业控制。pSOSystem的主要缺点在于其上下文切换时间长,实时性不强,采用的集成开发环境SniffPlus与产品兼容性不好,部分关键功能无法使用。

Symbian公司是由诺基亚与松下、爱立信、Psion等公司联合注资的,它的成立就是要防堵微软的移动终端市场的进入和称霸企图,为未来智能无线移动终端提供一个标准作业平台。SymbianOS是一个实时性、多任务、多线程的纯32位的操作系统。其前身是PsionSoftware公司的Epoc操作系统。它的特点是功耗低,内存占用少,适合硬件受限的移动终端。再加上它的技术支持上都是一些老牌的具有丰富经验的手机制造商,所以它们与2G、2.5G、3G有平滑接口,而适应手机范围跨GSM/GPRS/WCDMA和CDMA2000两大系列。对原有的通信协议,外设支持全部继承,因此受到了占世界产量75%以上的终端制造商的欢迎。最早微软推出了用于手机的WindowsCE1.0和WindowsCE2.0,后来又于2000年推出了WindowsCE3.0,曾以PocketPC和Smartphone命名该针对移动终端的操作系统,目前用于移动通信终端的WindowsCE3.0统称为WindowsMobile。WindowsCE3.0专门用于为包括移动与低能耗设备在内的大量产品建立动态应用程序及服务。此外,WindowsCE3.0的扩展平台特性集实现了模块化,因此,开发人员可以仅从200多个成熟的前沿操作系统组件中选择自己所需的组件。WindowsCE3.0可以工作在12种不同的处理器体系结构、180余种CPU上,可以用于许多种不同的设备,包括工业自动化、手持便携式PC、高速数据获取设备以及一些用户应用程序如游戏控制台和机顶盒。目前主要被一些新兴或有IT基础的厂商所采用,并与PC应用联系紧密。

PalmOS是一种32位的嵌入式操作系统。此系统是3Com公司的PalmComputing部开发的。PalmOS最初是定位于掌上电脑的操作系统,但是随着手机和掌上电脑的不断融合,PalmOS已经在通信方面作出了努力。Handspring已经推出了支持GSM和CDMA等不同制式移动通讯网络的掌上电脑,使用的就是PalmOS操作系统。

嵌入式设备非常适合像Linux这样的操作系统,因为Linux本身是开放源代码的,而从源代码级来对个性化的产品进行定制是最根本和最深入的。开发人员已经开发出了诸如互联网应用、工业控制系统以及数据获取设备的相关产品。随着嵌入式Linux技术的不断成熟,它已能够满足更加灵活的体积要求,并支持越来越多的不同体系结构的处理器产品,开始逐步进入主流的嵌入式市场。然而,嵌入式Linux在发展过程中也遇到了一些制约瓶颈。首先,嵌入式Linux系统在这个领域的产品发展比较晚,开发的时间比较短,在某些方面还有待成熟;其次,嵌入式设备个性化比较强,导致从事嵌入式Linux开发的厂商所开发的产品现在互不兼容。在众多Linux开发人员的共同努力下,它正在不断地完善以满足新一代消费产品的需求,在2003年,摩托罗拉推出了全球第一款采用Linux操作系统的手机——A760。

操作系统的优劣决定了手机的品位和性能,操作系统设计得越好,不仅用户使用方便,而且可以为用户提供众多的新功能和应用。从技术发展角度看,操作系统将为终端加快更新换代提供必要和充分的条件。

应用运行平台

应用运行平台的引入使终端更加开放,允许终端从移动通信运营商的移动门户上或互联网上下载各种应用程序,并在手机创造可执行环境,然后以在线或离线的方式运行这些程序,从而得到所需的服务。由于定义了可执行程序下载的标准,并在手机上创立了可执行环境,由此,在移动通信业第一次为软件开发商创造了巨大的商业机会,手机用户在得到丰富应用体验的同时,也大大提高了运营商的网络流量。Java是目前最主流的应用平台,BREW在CDMA终端中应用广泛,也随着WindowsMobile的推广日益兴盛。

Java由于它简便易行、跨平台、开放等特点受到了广泛的欢迎。它可以做到与平台无关“一次编写,到处运行”。J2ME(Java2MicroEdition)作为Java2平台的一部分,与J2SE、J2EE一道,为无线应用的客户端和服务器端建立了完整的开发和部署环境。由于专门针对多样化的嵌入设备和消费电子设备,J2ME的结构与传统的编程序语言和规范有一些不同,它是由配置(Configuration)、简表(Profile)和可选包(OptionalPackage)三要素构成。J2ME技术由一个虚拟机和一组API组成,这组API适合于为消费和嵌入式电子设备提供经过剪裁的运行环境。Java的一个关键优点是它能同时为多种连网的便携机、台式机或其它工作站和服务器提供服务,无论运行在这些客户机上的软件是Javaapplets、独立的Java程序、HTML浏览器还是本地的应用程序,它都可以同时支持。利用J2ME,这些企业系统也可以直接与各种电子设备进行通信。

J2ME体系的一般结构是:由Configuration定义的Java虚拟机运行于设备的宿主操作系统之上,构成整个平台的基础。Configuration提供了基本的语言特性,Profile提供针对设备的特殊功能API和扩展类库。应用程序的运行环境需要一个Configuration和至少一个Profile,多个Profile可以共存,也可以叠加。

本讲小结

无线通信论文范文第3篇

目前,国内已建成的轨道交通信号系统车地通信和PIS车地通信采用802.11标准的无线局域网传输技术。专用无线调度广泛应用窄带无线数字集群技术,TETRA就是典型的代表。TD-LTE技术相比WLAN+TETRA网络具有众多的优势,更适合轨道交通多业务宽带无线通信承载。

1.1抗干扰能力强

从工作频段的情况来看,国内主流的WLAN采用的是2.4GMHz、共计80MHz的带宽,每个信道的带宽为22MHz,完全不重叠的信号仅有3个。这意味着在隧道区间内AP有效的覆盖距离仅有200m左右,故地铁采用WLAN+TETRA技术实现CBTC、专用无线调度及PIS系统显然会对安全运营带来不确定的因素。相比WLAN网络,LTE有着完善的抗干扰技术,采用正交频分复用技术即OFDM具有完善的编码、重传和IRC(干扰抑制合并)机制,拥有毫秒级的调度机制,可根据干扰情况动态调度资源。

1.2传输速率较高

较高的传输速率,可满足高速移动及大容量网络传输的要求。802.11b采用2.4GHz频段,可支持11Mbit/s的共享接入速率;802.11a工作在5.8GHz频段,其速率高达54Mbit/s。但是,在快速移动下,系统需要很大的控制信息开销来克服由于移动带来的频移、衰落等,不能很好地满足移动的要求。TETRA满足语音通信和28.8Kbit/s的无线数据传输需求,但是面对着越来越多的视频信息等传输需求,窄带无线集群技术已经不能胜任。LTE在20MHz频谱带宽上能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率,能够为350km/h高速移动用户提供接入服务,并同步支持语音、视频、数据传输,完全可与PIS、信号车地无线共享网络。

1.3网络结构简单

LTE以分组域业务为主要目标,取消了电路交换域,趋近于典型的IP宽带网结构,意味着网络架构与目前WLAN类似。LTE结构简单,维护方便,系统时延较小。同时,无线融合技术方案取代了各系统分设的大量的区间设备,能够净化安装空间。

1.4QoS保证

WLAN二元安全架构对应3个物理实体,AP无独立身份,易受攻击,无法保证安全。LTE拥有9级QoS算法,带宽基于业务需求按需分配,在与PIS、无线列调等系统共用网络时,可以最大程度地保证CBTC带宽需求。

1.5技术日渐成熟,商业化程度也较高

LTE网络已经在全球应用,中国移动率先在中国部署LTE网络提供公众服务,国内主要LTE供货商均可提供成熟可靠的产品。采用LTE技术,尤其是采用具有完全知识产权的TD-LTE无线宽带集！群技术,将是我国城市轨道交通车地无线系统融合的最重要选择。

2轨道交通各系统的功能需求

2.1专用无线调度系统

采用专用无线调度,实现了轨道交通固定用户与移动用户之间的语音、数据信息、视频信息及附属网管信息的传输和交换。专用无线调度分为了行车调度、维修调度、环控调度及车辆段/停车场无线调度4个部分。按照一个TD-LTE小区并发10路无线通话考虑,包括选呼、组呼、全叫和紧急呼叫的任何一种呼叫形式,每路呼叫带宽需要32Kbit/s,10路并发需要320Kbit/s,同时在一个小区内要有1~2路的视频通话,传输的带宽按照384Kbit/s考虑。

2.2乘客信息系统

PIS车地无线通信主要指控制中心向运营车辆下发一些视频和各类文本信息等,为下行业务。在列车正常运营情况下,每列车可接收1路高清晰数字视频信息,视频编码采用MPEG-2、MPEG-4或H.264格式,每路占用带宽一般为4~6Mbit/s。

2.3列车视频监视

列车视频监视业务主要指运营车辆将列车内实时视频监控图像传输至控制中心,为上行业务。在列车正常运营情况下,轨道交通内的运营人员以及地铁公安分局人员,利用视频监视等设备接收、观看列车内实时视频监控图像,图像的压缩格式宜采用MPEG-4或H.264等。一般情况下,每节车厢内设置2台摄像机,首尾司机室各设置1台摄像机。6辆编组列车共14路视监视频信息,控制中心根据需要可实时随意调看其中2~4路图像,每列车通过无线系统将图像信息上传至车站,再经主干网络传到控制中心。按每路视频图像占带宽1.5Mbit/s考虑,视频业务需要6Mbit/s以上带宽。

2.4信号系统车地通信

信号系统的车地通信可以保证列车和乘客安全,是实现列车运行高效、指挥管理有序的手段。信号系统具有安全性高、通过能力强、较好的抗干扰能力、可靠性高、自动化程度高、限界条件苛刻等特点,其车地通信主要为CBTC业务,系统需要占用100Kbit/s的上下行带宽。

2.5车辆检测信息及列车FAS信息

能为传送列车车辆内部温度、烟度、有害气体浓度和列车轴温、实时车速等环境信息提供通道,以便中心对列车进行监控;信息传输需要带宽不超过200Kbit/s。提供列车FAS火灾告警信息的传输通道,满足中心对列车火灾信息的监控。信息传输需要带宽不超过100Kbit/s。各业务实时性及带宽需求。在列车高速运行的情况下,车地无线系统要保证无线网络的带宽(下行大于8Mbit/s、上行带宽大于7Mbit/s),以满足运营指挥的需要。基于目前主流LTE设备技术情况,需申请10MHz以上专用频段(含保护频段),才能满足上述车地无线业务的需要。此外,通过LTE系统提供的宽带无线环境,在带宽允许的情况下,还可支持未来各类无线业务的扩展。例如,实现各类专用移动终端的无线通信业务,包括维修系统的无线维修终端、综合监控系统的无线监控终端等,保证各类业务的终端灵活化,满足现场维修、监控、指挥等业务需求。

3TD-LTE解决方案

基于TD-LTE技术的城市轨道交通无线通信系统融合解决方案应用网络架构。整个应用系统依场所设置分为3个子系统,分别为控制中心子系统、车站/车辆段及停车场子系统、车载子系统。下面分别简要论述3个子系统组成及功能。

3.1控制中心子系统

控制中心子系统是该融合解决方案专用系统的核心,主要包括LTE核心网设备、无线调度业务服务器DSS,信号系统ATS服务器、CCTV和PIS等业务应用服务器、网络管理系统(含网管终

端及打印机等)及TD-LTE基站设备等。TD-LTE基站设备用以实现控制中心的室内覆盖,TD-LTE核心网EPC向上和各类业务控制平台CCTV中心、PIS系统、信号系统等连接,无线调度业务服务器DSS可提供专业的无线集群调度业务。同时,在控制中心调度大厅,设置行车调度、防灾调度、维修调度台及录音设备等。 3.2车站/车辆段及停车场子系统

车站内主要安装TD-LTE基站设备,包括BBU、RRU。基站设备可以实现本车站的站内覆盖,也可以通过漏泄同轴电缆对线路区间进行覆盖,并可以通过RRU实现拉远覆盖。在沿线各车站值班员处设置车站固定电台,给移动作业人员配备便携台。在车辆段及停车场通信机房内设BBU,RRU设备和天线均安装于机房楼顶的天线杆塔上,对于封闭空间等弱场区需增加RRU进行覆盖。在车辆段/停车场信号楼内设置行车调度台,在检修库内的运转排班室内设置运转调度台。另外,给车辆段/停车场的移动作业人员配备便携台。

3.3车载子系统

  车载子系统布置在每列车前后的司机车室内,为司机提供专业的无线集群调度通信。集群车载台采用与TAU共用车载天线的方式。TD-LTE车载终端(TAU)部署在列车编组的前后司机车厢内,其车载天线安装在司机车厢外侧,并尽量保证与泄漏保持视距,TAU通过以太网接口与车内交换机连接,实现TAU与车内数据业务的信息交互;车内采用以太网环形组网,各车厢通过车载交换机互联。车厢内的闭路电视监控信号通过TAU、经LTE上行回传到控制中心,PIS的流媒体信息则通过TAU、经LTE下行传送到车内的PIS车载服务器上。单列编组前后司机车厢各部署一套TAU,两套TAU以主备方式工作。

无线通信论文范文第4篇

本文作者：刘科许洪华工作单位：苏州市职业大学电子信息工程系

工业无线通信调度工业无线通信中一般采用时分多址(TimeDivisionMul-tipleAccess，TDMA)调度方式，通信调度周期分为多个时隙(TimeSlot，TS)，通信节点依次进行数据交互。基于TDMA的多跳通信中，实时性要求更具有挑战。传统的有线通信和点对点通信中需要1个时隙情况，n跳端到端通信至少需要n个时隙，相应地，重传也需要更多时隙。在端到端时隙数约束下，时隙分配成为工业多跳无线通信重要的资源调度方法。工业无线通信中一般采用跳－跳重传方式。网络调度器为每个节点分配固定次数的重传时隙，以超帧形式下载到各个通信节点。如前所述，现有的工业无线系统一般是根据实时性约束等，为每跳平均分配重传时隙。2．2重传提高可靠性原理考虑基于TDMA调度中子链路Li上通信情况。设每个时隙中Li只传输数据报和相应的确认信息。由于确认信息数据帧较短，在数据报传输后立即接收，一般不考虑数据报传输成功而确认信息传输失败情况。此时，子链路Li上通信可以用图1所示的二维马尔可夫链描述［5］。图1子链路通信二维马尔可夫链图1中，Gi表示通信成功状态，qGi和pGi分别表示上一个时隙通信成功时，本次通信成功和失败的概率，Bi表示通信失败状态，qBi和pBi分别表示上一个时隙通信失败时情况。在考虑外界随机干扰的情况下，有qGi=qBi=qi，pGi=pBi=pi=(1－qi)，此时，Li上通信情况符合贝努力概型，用di表示分配给Li子链路的时隙数目(包括重传时隙数目)，记Ri为其通信成功概率，有:Ri(qi，di)=1－∏dij=1(1－qi)(1)显然，1－qi＜1，随着di增加，通信可靠性Ri增大。2．3冗余路由提高可靠性原理为进一步提高链路可靠性，工业无线通信中可以利用邻居节点协作重传，构成冗余路由。图3为典型冗余路由形式。r1为冗余中继，当n0到通信失败时(如无视距路径、n1处持续强干扰、n1故障等)，启用n0r1n2路由，以提高端到端可靠性。图2中，L11、L12为主链路中子链路，设其通信成功概率为q1和q2;L11、L12为冗余路由中子链路，设其通信成功概率为q11和q12;设R(n0|n2)表示节点n0到节点n2的通信成功概率，则R(n0|n2)=q1q2+(1－q1)q11q12(2)显然，R(n0|n2)＞q1q2，有冗余路由情况提高了链路可靠性。考虑重传时隙时，可由(1)式计算各个子链路通信成功概率，代入(2)式，可计算端到端可靠性。

工业无线通信链路可靠性建模不失一般性，考虑N+1个节点组成的N跳链路，用N=n0，n1…．n{}N表示链路节点，其中，n0表示源节点，nN表示目的节点，Li表示节点ni－1和ni之间的子链路，i∈{1，2，…}N。多跳无线通信链路如图3所示。如2.2节所述，由式(1)可以计算多跳链路中每个子链路通信成功概率Ri。对于N跳链路，用D={d0，d1…．dN}表示链路时隙分配，用Q={q0，q1…．qN}表示各子链路可靠性情况，则整条链路的可靠性表示为:R(Q，D)=∏Ni=1Ri(qi，di)(3)通过工业认知无线电技术可以实时感知通信信道信噪比等，从而获得各子链路通信可靠性情况［6］［7］。由于工业现场实时通信周期短，可认为感知的链路可靠性Q在通信周期内不变，此时有:R(D)=∏Ni=1Ri(di)(4)工业无线通信链路可靠性优化工业无线通信链路可靠性优化即是最大化(4)式。考虑工业通信实时性约束，设从源节点n0到目的节点nN允许的最大时延为D个时隙，则最大化通信可靠性表示为:MAXDRs．t．∑Ni=1di{=D(5)式(5)优化问题可以采用非线性整数规划问题求解方法，从而为每个子链路分配时隙，在D个时隙时间内实现链路端到端可靠性最大化，但一般计算量大，难以应用于现场仪表实时通信中。以下通过转化，寻求易于应用的求解方法。定义3.1:定义子链路增益函数Ki(di)=Ri(di+1)/Ri(di)，其含义表示当前子链路Li上分配的时隙数量为di，若再多分配1个时隙，子链路的可靠性增益。引理3.1:Ki(di)是di的减函数。证明:Ki(di)=Ri+(1－Ri)RiRi=2－Ri，同理Ki(di+1)=2－Ri+(1－Ri[)R]i=2－2Ri+R2iKi(di+1)－Ki(di)=Ri(Ri－1)＜0命题得证。定理3.1:重传时隙分配过程中，每个时隙分配给Ki(di)最大的子链路，则链路可靠性最大。证明:对于N+1个节点的N跳路由，假设允许的最大时延为D个时隙，那么就有m=D－N个可再分配的重传时隙。考虑Q在通信周期内不变，由式(2)和定义3.1，链路可靠性可表示为:R(D)=∏Ni=1Ri(1)∏Ni=1∏di－1j=1Ri(1)Ki(j)(4)即R(D)=f(Ki(j))链路中各子链路增益函数可有mN个可能的取值，m个重传时隙分配对应m个Ki(j)。重传时隙实际分配中，每个子链路j从1到di递增，而Ki(di)是di的减函数，所以分配中Ki(j)满足递减。分配重传时隙时，取i=argmaxi=1，2…NKi(j)，m个重传时隙分配过程对应着依次选取子链路增益函数mN个可能值中前m个最大值的过程，故R(D)=f(Ki(j))最大，命题得证。基于定理3.1，原资源分配问题可以转化为如下方法进行求解:1)为每一个子链路分配1个时隙作为初始值，既取D(0)=［1，1…1］;2)取1个重传时隙进行分配，遍历每个子链路，计算每个子链路的增益函数值Ki(di);3)搜索增益函数值Ki(di)最大的子链路n*，该子链路时隙分配值加1;4)所有重传时隙分配完毕，则输出最终时隙分配结果D=［d1，d2…di］;否则转2)步。利用该结果和信道感知情况，应用式(1)可以进一步计算每个子链路的可靠性，根据式(2)可以计算整个链路的可靠性。在工业无线系统中，由网络调度器以超帧形式，下传该结果到链路，从而实现链路优化。3．3有冗余路由情况有冗余路由的多跳无线通信链路如图4所示。图4有冗余路由的多跳无线通信链路通信调度上，主链路仍然基于传统的TDMA，但重传时隙为(D－2N)。当ni节点重传时隙耗尽仍不能成功通信时，启用冗余路由niri+1ni+2，数据从ni传送到ni+2。主链路采用前述方法优化分配时隙，Li1和Li2子链路使用Li+1子链路的时隙向ni+1传送数据，视为2跳链路进行重传时隙优化方法分配。设R(ni|nj)表示节点i到节点j的通信成功概率，可按如下方法求取链路可靠性:R(nN－1|nN)=RLNR(nN－2|nN)=RLN－1R(nN－1|nN)+(1－RLN－1)RLN1RLN2R(nN－3|nN)=RLN－2R(nN－2|nN)+(1－RLN－2)RL(N－2)1RL(N－2)2R(nN－1|nN)……R(n0|nN)=RL1R(n1|nN)+(1－RL1)RL11RL12R(n2|nN)当然，利用无线信道的广播特性，可以在主链路上节点nm(m∈(0，1，…，N－1))发起通信时，nm+1和rm+1同步接收，nm+1接收失败时，由rm+1将数据传送给nm+2;也可以设计为nm+2同时接收nm+1和rm+1数据，采用最大比拟合，可以进一步提高链路可靠性。这些方案会增加冗余路由节点时隙和能耗开销，对现场节点时钟同步等要求较高，与传统的TD-MA方式兼容也存在困难，在此不作进一步讨论。4数值仿真研究工厂环境无线信道一般近似为瑞利衰落［7］。仿真条件中设链路信道衰落服从瑞利分布，取σ=0．2瑞利序列作为各子链路一次通信失败概率，依次取N=1～19，即选取子链路数目为1～19情况。在Matlab中对平均分配时隙和优化分配时隙情况进行数值仿真。图5为D=3N时1000次数值仿真统计情况。图中可见，优化分配方法较平均分配时隙明显提高链路可靠性。在子链路L5、L10、L15施加干扰(失败概率增加30%)时，优化分配方法仍然有较好的可靠性。图6为N=19时，D=57时(对应平均分配时隙中每子链路3个时隙的典型情况)，时隙分配情况统计，可见，优化算法能够将有限的时隙分配给信道质量较差的子链路，具有较好的链路自适应能力，避免形成通信瓶颈;图7中研究算法随重传时隙增加时可靠性情况，在图6基础上增加时隙，优化算法取D=19～95，平均分配取D=19、38、57、72、95(对应0、1、2、3、4次重传)，分别进行1000次仿真统计平均。可见，优化分配方案在D=19～72时，即无重传到3次重传都可比较明显提高链路可靠性，覆盖了典型通信情况。在图5仿真条件下，对有冗余路由情况进行数值仿真。图8为1000次数值仿真统计情况，与图5比较，一方面，可图7多跳链路时隙分配统计见有冗余路由的多跳无线通信链路较明显改善了可靠性;另一方面，平均分配时隙、优化分配时隙及对应的有无干扰情况，与图5有类似结论，可见优化方法对有冗余路由情况也可以进一步提高链路可靠性。图8有冗余路由的1～19跳链路可靠性仿真

本文在传统的工业无线通信调度模式下，通过优化重传，提高了工业多跳无线通信链路可靠性。应用中，将优化的时隙分配结果以超帧形式下载到各个节点即可，具有应用价值。对无冗余路由情况链路重传优化，实际是对链路进行了时域上优化;对于有冗余路由的多跳链路重传优化，实际是对链路时域和空域资源调度优化。随着工业认知无线电理论和技术发展，以及现场仪表通信能力和数据处理能力提高，诸如频域、码域、功率域等多域资源均可以在通信中得到协同优化，从而可以进一步提高链路通信可靠性，为工业无线技术应用推广提供基础和空间。

无线通信论文范文第5篇

关键词：UWBIEEE802.11BluetoothHomeRF

超宽带（Ultra-wideband,UWB）技术起源于20世纪50年代末，此前主要作为军事技术在雷达等通信设备中使用。随着无线通信的飞速发展，人们对高速无线通信提出了更高的要求，超宛带技术又被重新提出，并倍受关注。UWB是指信号带宽大于500MHz或者是信号带宽与中心频率之比大于25%。与常见的通信方式使用连续的载波不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送信息，通常每个脉冲持续的时间只有几十皮秒到几纳秒的时间。这些脉冲所占用的带宽甚至高达几GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百Mbps。在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅是现有设备的几百分之一，对于普通的非UWB接收机来说近似于噪声，因此从理论上讲，UWB可以与现有无线电设备共享带宽。所以，UWB是一种高速而又低功耗的数据通信方式，它有望在无线通信领域得到广泛的应用。目前，Intel、Motorola、Sony等知名大公司正在进行UWB无线设备的开发和推广。

1UWB的主要特点及其应用

鉴于UWB信号是持续时间非常短的脉冲串，占用带宽大，因此它有一些十分独特的优点和用途。在通信领域，UWB可以提供高速率的无线通信。在雷达方面，UWB雷达具有高分辨力（ns级）。当前的隐身技术采用的是隐射涂料和隐身特殊结构，但都只能在一个不大的频带内有效，在超宽频带内，目标就会原形毕露。UWB雷达还具有很强的穿透能力，UWB信号能穿透树叶、土地、混凝土、水体等介质，因此军事上UWB雷达可用来探测地雷，民用上可以查找地下金属管道、探测高速公路地基等。在定位方面，UWB可以提供很高的定位精度。UWB使用极微弱的同步脉冲可以辨别出隐藏的物体或墙体后运动着的物体，定位误差只有一两厘米。也就是说，同一个UWB设备可以实现通信、雷达和定位三大功能。

UWB无线通信除了带宽大，通信速率高之外，还有更多的优点。首先，UWB通信的保密性强。UWB系统的发射功率谱密度非常低，有用信息完全淹没在噪声中，被截获概率很小，被检测的概率也很低，这一点在军事通信上有很大的应用前景。其次，UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落。多径衰落是指反射波和直射波叠加后造成的接收点信号幅度随机变化，而UWB系统每次的脉冲发射时间很短，在反射波到达之前，直射波的发射和接收已经完成。因此，UWB系统特点适合于高速移动环境下使用。更重要的是，UWB通信又被称为是无载波的基带通信，UWB通信系统几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，这样可以减小系统的复杂性，降低成本。可以说，低成本、低功耗、高速率、简单有效的UWB通信正是人类所期望的梦幻般的无线通信方式。

当然，UWB通信也存在不足，主要问题是UWB系统占用的带宽很大，UWB系统可能会干扰现其他无线通信系统，因此UWB系统的频率许可问题一直在争论之中；另外，还有学者认为，尽管UWB系统发射的平均功率很低，但是由于它的脉冲持续时间很短，它的瞬时功率峰值可能会很大，这甚至会影响到民航等许多系统的正常工作。但是学术界的种种争论并不影响UWB的开发和使用，2002年2月美国通信协会（FCC）批准了UWB用于短距离无线通信的申请。

UWB的用途有很少，主要分为军事和民用两个方面。在军事上UWB可以用于低截获率（LPI/D）的内部无线通信系统、LPI/D地波通信、LPI/D高度计、战场手持和网络LPI/D电台、UWB雷达、防撞雷达、警戒雷达、无线标签、接近引信、高精度定位系统、无人驾驶飞行器和地面战车及其通信链路、探测地雷、检测地址目标等等。在民用方面，UWB可用于20Mbps以上的高速无线局域网、高度计、民航防撞雷达、汽车防撞感应器、高精度定位、无线标签和工业射频监控等。

2UWB通信与其它短距离无线通信的比较

UWB技术与现有其它无线通信技术有着很大的不同，它将会为无线局域网（LAN）和个人局域网（PAN）的接入带来低功耗、高带宽并且相对简单的解决方案。超宽带技术解决了困扰传统无线电技术多年的诸如信道衰落、高速率时系统复杂、成本高和功耗大等重大难题，但是UWB通信不会很快取代现有的其它无线通信技术。

虽然UWB通信中所须的频带宽度相当大，从500MHz直至几GHz。如英特尔的样机使用的就是从2GHz频带至6GHz频带之间的4GHz带宽。但实际上并不存在如此之宽的空闲频带，无论采取什么办法，UWB通信使用的频带与现有无线通信使用的频带必定会发生重叠，为了避免UWB通信对其它系统的干扰，UWB用户人事科有必须申请频率许可。2002年2月FCC准许UWB技术进入民用领域的条件就是：“在发送功率低于美国放射噪音规定值-41.3dBm/MHz（换算成功率则为1mW/MHz）的条件下，可将3.1GHz～10.6GHz的频带用于对地下和隔墙之物进行扫描的成像系统、汽车防撞雷达以及在家电终端和便携式终端间进行测蹑和无线数据通信"。发射功率的大小决定了传输距离，按照FCC的规定，UWB通信在近期内将只可能用于极短距离的无线通信，这就意味着在一定时期内UWB将会与现有短距离无线技术共同生存，共同发展。

（1）UWB与IEEE802.11a

IEEE802.11a是IEEE最初制定的一个无线局域网标准之一，它主要用来解决办公室局域网和校园网中用户与用户终端的无线接入，工作在5GHzU-NII频带，物理层速率54Mbps，传输层速率25Mbps。采用正交频分复用（OFDM）扩频技术；可提供25Mbps的无线ATM接口和10Mbps的以太网无线帧结构接口，以及TDD/TDMA的空中接口，支持语音、数据、图像业务。IEEE802.11a用作无线局域网时的通信距离可以达到100m，而UWB只能在10m以内的范围通信。根据英特尔照FCC的规定而进行的演示结果显示，对于10m以内的距离，UWB可以发挥出高达数百Mbps的传输性能，但是在20m处反倒是IEEE802.11a/b的无线局域网网设备更好一些。因此在目前UWB发射功率受限的情况下，UWB只能用于10m以内的高速数据通信，而10m到100m的无线局域网通信，还需要由802.11来完成，当然与UWB相比，802.11的功耗大，传输速率低。

（2）UWB与Bluetooth

自从2002年2月14日，FCC顶住多方面的压力批准UWB用于无线通信以来，就不断有人将UWB评论为蓝牙（Bluetooth）的杀手，因为从性能价格比上看，Bluetooth是现有无线通信方式中最接近UWB的，但是UWB真的会取代Bluetooth吗？从目前的情况看，答案是否定的。首先从应用领域来看，Bluetooth工作在无须申请的2.4GHzISM频段上，主要用来连接打印机、笔记本电脑等办公设备。它的通信速率通常在1Mbps以下，通信距离可以达到10m以上。而UWB的通信速率在几百Mbps，通信距离仅有几米，因此二者的应用领域不尽相同。其次，从技术上看，经过多年的发展，Bluetooth已经具有较完善的通信协议。Bluetooth的核心协议包括物理层协议和链路接入协议，链路管理协议及服务发展协议等等，而UWB的工业实用协议还在制定中，估计要等到2004年才可能初步确定。还有，Bluetooth是一种短距离无线连接技术标准的代称，蓝牙的实质内容就是要建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准，从这方面讲，UWB可以看作是采用一种特殊无线电波来高速传送数据的通信方式，严格地讲，它不能构成一个完整的通信协议或标准。考虑到UWB高速、低功耗的特点，也许在下一代Bluetooth标准中，UWB可能被用做物理层的通信方式。最后，从市场角度分析，蓝牙产品已经成熟并得到推广和使用，而UWB的研究还处在起步阶段。基于以上原因，在未来的几年内，UWB和Bluetooth更有可能既是竞争对手，又是合作朋友。

（3）UWB与HomeRF

家庭射频（HomeRF）标准是由HomeRF工作组开发的，旨在家庭范围内，使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业标准。HomeRF是IEEE802.11与DECT的结合，使用这种技术能降低语音数据成本。HomeRF采用了扩频技术，工作在2.4GHz频带，能同步支持4条高质量语音信道，但是HomeRF的传输速率只有1M～2Mbps。由于HomeRF技术没有完全公开，目前只有几十家小企业支持，在抗干扰等方面相对应其他技术而言尚有欠缺，因此它的应用前景还不是十分明朗。同IEEE802.11一样，HomeRF的通信距离比UWB远，而传输速率比UWB低，在UWB发射功率受限的前提下，二者应该是各有千秋。

结合上述讨论，可以用表1对四种短距离无线通信做个简单的比较。

表14种短距离无线通信比较

IEEE802.11aBluetoothHomeRFUWB

传输速率54Mbps小于1Mbps1-2Mbps可高达500Mbps

通信距离10m-100m10m50m小于10m

发射功率1瓦以上1毫瓦-100毫瓦1瓦以上1毫瓦以下

空间容量80Kbps/m30Kbps/m250Kbps/m21000Kbps/m2

应用范围无线局域网计算机等家庭和办公室设备互连家庭语音和数据流近距离多媒体

终端类型笔记本，台式电脑，掌上电脑和因特网网关笔记本，移动电话，掌上电脑，移动设备笔记本，无绳电话，无线音响，移动设备无线电视，DVD高速因特网

网关

主要支持公司Cisco,Lucent,3ComEricsson,NokiaMotorolaApple,DellCompaqIntel,Motorola,Sony,Sharp

3家庭无线通信是UWB的发展方向之一

虽然无线通信网已经在企业和公共场所得到推广和应用，但是这些现有技术很难为家庭多媒体网络无线互连提供一个合适的方案。按照传统的无线电设计方法，如果要提高通信速率，必须要提高数字信号处理器的处理速度，这势必要增加系统的成本和功耗，高速率的无线产品往往也是高成本、大功耗的。然而，家庭无线通信网有一些特殊的要求。首先，为了满足无线数字视频的要求，家庭无线互连产品需要更高的通信速率，以无线高清晰数字电视（WHDTV）为例，如果采用MPFG2HD数据格式，则视频数据流的速率高达25Mbps；其次，要想家庭无线通信产品走向千家万户，系统成本必须很低，市场调查表明，如果无线产品的价格比同类有线产品的价格高出30%，将很难被众多的消费者所接受；还有，家庭无线通信产品中用到嵌入式网关和小型手持设备往往是电池供电，因此它们的功耗必须很低。也就是说，家庭无线通信产品必须具备高速率、低成本和低功耗三个优点，按照传统的无线电设计方案，无法在速率、成本和功耗这三者之间找到一个合适的平衡点。

IEEE802.11a是现有无线通信标准中，唯一能在通信速率上满足无线视频数据流实时传送要求的。它的最高速率是54Mbps，有效速率是25Mbps，考虑到MAC接入协议，实现传送数据流的速率还要更低一些。然而，IEEE802.11a是按照与Ethernet接入相类似的分组方式设计的，因此它不太适合用于实时传输视频数据流。还有，IEEE802.11a的功耗大概在1.5W到2W之间，因此综不能用于电池供电的小型设备。更重要的是，一个IEEE802.11a网络接入卡（NIC）售价大概是150～200美元，这样的价格很难被家庭消费者所接受。因此IEEE802.11a更适合于用在对价格和功耗要求不是很高的公用无线局域网里，况且当时IEEE专家设计IEEE802.11a时也根本没有考虑过将它用在家庭无线通信网上。

目前，现有技术中被认为最有可能进入家庭无线通信互连的是Bluetooth，因为在价格和功耗上它很有竞争力，然而，Bluetooth的传输速率不到1Mbps，极限速率也只有10Mbps。按照这样的速率计算，如果用Bluetooth来传送一部两小时的电影可能需要10个小时，这显然不能被用户所接受。20多年前，FCC提出Bluetooth标准时，仅仅是希望将它用在无线耳机上，经过20多年的努力，Bluetooth已经发展成为最主要的低速率的点到点无线通信技术。利用Bluetooth，可以很好地实现笔记本电脑、PDA、移动电话等设备之间的低速率数据通信，但是FCC从来没有考虑过将Bluetooth发展成为高速率数据通信或者是无线网络互连技术，从这一点来讲Bluetooth也很难进入家庭无线网。

HomeRF是专门为家庭无线互连提出的，它可以很好的实现计算机、打印机、MP3以及其它家用电器之间语音和数据的通信和互连，但是，HomeRF的有效传输速率只有2Mbps，工作在10Mbps以上将严重影响它的性能，这就决定了它不可能进入无线HDTV，视频游戏等宽带家庭无线通信领域。更重要的是HomeRF的技术还不成熟，HomeRF标准缺少Intel等大公司的支持，它的推广和应用前景并不被业界看好。