无线通信论文范文

时间:2023-12-07 20:53:57

无线通信论文

无线通信论文篇1

该部分主要涉及它涉及无线传播、路径损耗、阴影、区域覆盖等方面的知识。移动无线电传播-小尺度衰落该部分知识点较多,主要对无线传播中小尺度衰落、多普勒扩展、多径衰落等知识点展开,并且适当提及了分集技术。无线通信与无线传播多址接入该部分主要对多址技术中的FDMA、TDMA、CDMA等技术进行简介。LTE及LTE-advanced技术该部分为新增内容,主要对最新的4G技术(TD-LTE、LTEFDD)进行介绍[5]。

2改革教学方法

2.1授课模式的改进思路

“无线通信原理”双语课程在大三下学期开设,主要采用传统的课堂授课模式。由于该英文教材有700页左右,但是因为课时限制,我们的教学大纲仅覆盖其中250页左右的章节。由于学生往往忽略剩余的其他章节(在学习英文教材时学生缺少主动性),这不利于学生专业知识结构的培养。我们今后可能需要引入网络大学堂等改革到此类课程中[6],把部分章节内容转化为网络学习资源,以便于学生利用碎片化时间自学。

2.2教学方法多样化

在教学过程中应该多采用启发式、互动式的教学方法,以课堂授课、课间讨论、课后自学等方式组合授课,这样有助于充分调动和激发学生的学习热情。因此,我们将考虑引入微课和翻转课堂等新型教学方法,以改进传统教学模式的缺点。

2.3考核方法灵活化

在“无线通信原理”双语课程考核时,采用课堂表现分、作业完成分、考试成绩分等组合打分的考核方式,改变以往单一依靠考试成绩考核的局面,从而全面考察学生的专业综合素质。其次,我们也可能考虑引入辅助的线上考核方法。

3教学成果展示

为了更好地评估2014年度教学方案,本文对随机选取的南京邮电大学“通信工程”专业修习该双语课程的学生成绩进行分析。该班级共有学生38人,对学生成绩画出对数曲线拟合图及成绩分布的饼状图(如图1所示),从图1可见看出学生成绩多分布在70-90分数段(该分数段人数占比超过70%),与预期学生考试评价范围吻合。由此可见,传统教学模式下双语教学方案还是可行的。

4结束语

双语教学改革实践是一个长期、复杂、反复的系统过程,本文也仅仅是对无线通信原理课程近八年来所积累的教学经验进行分析和总结。在以后的教学实践中,我们会紧跟信息技术的新发展步伐,特别是引入以大数据为基础教学探索,以洞悉双语课程的教学课程,递进地改善双语教育的课程开发和教学质量。

无线通信论文篇2

关键词:无线通信;电网通信;技术分析

一、概述

电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设,已经初具规模,通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展,无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架,且抗自然灾害能力较强,同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点,非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点,并分析其在电力系统的应用前景。

二、无线技术介绍

(一)无线通信技术的概念

目前,无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。

(二)无线通信技术的发展现状

无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术,即基于IEEE802.15的无线个域网(WPAN)、基于IEEE802.11的无线局域网(WLAN)、基于IEEE802.16的无线城域网(WMAN)及基于IEEE802.20的无线广域网(WWAN)。

总的来说,长距离无线接入技术的代表为:GSM、GPRS、3G;短距离无线接入技术的代表则包括:WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有:3.5GHz无线接入(MMDS)、本地多点分配业务(LMDS)、802.16d;移动无线接入技术主要包括:基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX;窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。

1.主流无线通信技术

从技术发展的趋势可以看出,以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有:B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。

2.其他无线通信技术

除了上述主流的无线通信技术外,目前已存在的无线通信技术还包括:IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。

(1)IrDA:InfraredDataAssociation,是点对点的数据传输协议,通信距离一般在0~1m之间,传输速率最快可达16Mbps,通信介质为波长900纳米左右的近红外线。

(2)Bluetooth:Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段,使用跳频频谱扩展技术,通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。

(3)RFID:RadioFrequencyIdentification,即射频识别,俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。

(4)UWB:UltraWideband,即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信,几乎是全数字通信系统,所需要的射频和微波器件很少,因此可以减小系统的复杂性,降低成本。

三、无线技术优劣分析

(一)WLAN技术分析

Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟,而且大批量生产。该技术适用于无线局域网,作为有线网络的延伸,对于特殊地点宽带应用,尽管Wi-Fi技术应用非常广泛,但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患,Wi-Fi采用的是射频(RF)技术,通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号,所以非常容易受到来自外界的攻击,黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。

(二)WiMax技术分析

WiMax是一个先进的技术,推出相对较晚,存在频率复用性小、利用率低的问题,但由于最近才完成标准化,该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看,该技术可以在较大范围内满足上网要求,覆盖可以包括室外和室内,可以进行大面积的信号覆盖,甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离,一直被业界看好,是未来移动技术的发展方向,并提供优良的最后一公里网络接入服务。

(三)WMN技术分析

WMN是正在研究中的技术,在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合,而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看,WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间,在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集,并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善,WMN更好地与之相融合、互补,从而能够扬长避短,发挥出各自的优势。

(四)3G技术分析

3G于1996年提出标准,2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验,有一成套建网的理论,包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看,目前,3G在部分地区已得到大规模的商业应用,比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段,还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。

(五)LMDS技术分析

本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术,其工作频率在20GHZ以上,利用毫米波传输,可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务,是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下,距离可达8公里;但是由于受降雨的原因,距离通常限于1.5公里。

其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去,在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号,在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下,实现数据双向对称高带宽无线传输。

(六)MMDS技术分析

MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响,可用频带亦不够宽,最多不超过200MHz。其次,MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度调制QAM调制技术,无法做到非视距传输,在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外,MMDS没有统一的国际标准,各厂家的设备存在兼容性问题。

(七)集群通信技术分析

数字集群系统具有很多优点,它的频谱利用率有很大提高,可进一步提高集群系统的用户容量;它提高了信号抗信道衰落的能力,使无线传输质量变好;由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术,所以对数字系统来说,保密性也有很大改善。

数字集群移动通信系统可提供多业务服务,也就是说除数字语音信号外,还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号,因此极大地提高了集群网的服务功能。

(八)点对点微波通信技术分析

微波传输的优势主要体现在以下几个方面:第一,可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比,微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二,微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比,其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三,目前的微波产品对未来的发展是有保障的,对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来,微波传输系统将升级到全IP的平台之上,可以全面支持运营商未来的发展。

(九)卫星通信技术分析

利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户,可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下,利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案,经济又可靠。

但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台,其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金,而且通信资源为卫星通信公司所有,受其带宽的限制,使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此,作为日常生产、生活使用是极为不经济的;而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。

四、无线技术综合比较

目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求,WLAN可解决中距离的较高速数据接入,而UWB可实现近距离的超高速无线接入。

首先,从标准化程度上看,本报告所涉及的技术中,仅仅WMN技术没有成熟的标准体系,LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准,只是没有统一的国际标准,其余的技术均已经完成标准化工作,并且都进行了试验网建设和商业网建设。

从频率上看,Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段,WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。

从覆盖范围上看,Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术,仅覆盖35m~100m;WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术,覆盖范围在1km~54km不等,而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术,通常用于通信主干组网建设。

从传输速率上看,点对点微波和卫星通信属于干线传输技术,不同的情况速率变化较大,而其余的技术均为接入技术,仅仅是3G技术接入速率最小,仅为384k,而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。

从调制技术上看,其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM,其余的技术均未采用OFDM调制技术。

从天线技术上看,仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术,而其他技术均未采用MIMO技术;从传输环境上看,仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输,其余技术均要求视距传输环境;从网络安全和QoS机制上看,WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善,其余的均存在较大的问题。

五、无线技术的应用及展望

无线通信论文篇3

GPRS它是利用分封交换的概念方式演变出的一套无线传输方式。在具体应用中将Date分装成许多个独立的封包,然后再将这些封包传送出去。根据现在的使用情况,GPRS大多数被使用在GSM网络上,它是开通的一种全新的分组数据传输业务,除此之外,它还可以提供系列式的交互式业务服务,但是服务各有不同,侧重点也不同。表1给出的是GPRS与其他无线方式服务的应用对比。

2GPRS通信服务器关键技术及终端

在实际的应用中,GPRS通信服务器的一侧是和电能量采集系统通过串行的方式进行连接的,而它的另一侧就是与GPRS网络采用普通的网络连接方式进行连接。通过实际应用,GPRS终端接收时来自GPRS网络的数据包,同时还要负责接收电能表的RS232串行数据流,再次转换成数据包,然后依次通过网络发送到通信中心的服务器。图1所表示的是符合实际网路安全的GPRS网络通信示意图。

3GPRS无线通信技术在自动抄表时的应用

下面根据笔者自身的工作情况,将GPRS无线通信技术在电力系统中自动抄表时的应用做以阐述分析。

3.1系统的设计

实际上,GPRS无线通信技术在自动抄表系统时是由电表数据采集部分、GPRS无线数据传输终端、电力局的配电数据中心这三大部分组成,具体如图2所示。在工作中,电表数据是先通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输,然后居民小区内的所有电表要连到电表集中器,电表数据再经过协议封装后依次发送到中国移动的GPRS数据网络,最后实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。

3.2系统的功能

这个系统的建立对远程实现自动抄表起到很大的作用。因为他具备了系统设置、数据采集、资料录入、自动报警等功能板块。在系统设置上完成了系统网络的建立和初始参数设置;在数据采集方面它能实现广播抄表点抄单表、零点抄表和实时点抄等。而它的系统维护保障了日志年、月、日的查询、系统通讯和定时操作的设置、数据安全备份维护等。

3.3系统的应用

这个的应用主要用到的电表有三相有功无功多功能表。并具有功正、反向分时电量;无功四象限分时电量及无功正、反向分时最大需量及发生时间等。在形式的表现上可以自动实现自动抄表、定时上报、实时查询;在告警功能方面可以实现开箱告警、逆相告警、过流告警等其他功能。

4结语

随着经济的快速发展,也为了逐步适应网络、信息和控制技术的发展,一些地区现在逐步开始使用了配变监测系统的数据应能准确和实时的对电网进行快速分相的无功补偿。这样做的目的是提高电网质量,降低电网损耗,给供电企业提供有效的管理依据。而我们现在使用的GPRS无线通信技术作为一种新型系统己经能基本满足电力系统的电能监测、分相无功补偿和无线抄表的需要。通过不断的发展和完善,该系统能够更好的适应今后的发展,在实际应用中发挥更大作用。

无线通信论文篇4

摘要:在我国城市地铁通信系统中,专用无线通信系统是高速运行的地铁列车与车站运营管理人员之间唯一的通信手段,担负着提高运营效率、确保行车安全及地铁乘客生命安全的重要使命,为列车调度、维修调度、防灾环控调度、车辆段调度等提供无线通信保障。本文结合工程经验,扼要介绍地铁专用无线通信系统的工程设计。

关键词:地铁;专用无线通信系统;场强;漏泄电缆;天线

0引言

目前国内地铁专用无线通信系统主要采用数字集群技术进行组网,主要由设置在中心的集群中心交换设备和操作控制台;设置在车站的集群基站、功分器和耦合器、天线和车站电台,敷设在区间的漏泄同轴电缆及配件;设置在车辆段等处的光纤直放站、操作控制台;设置在机车上的机车台以及为移动工作人员配备的手持台等设备组成。中心与沿线车站的设备间通过有线通信传输通道连接,实现全线场强的覆盖。

1专用无线通信系统功能要求

地铁专用无线通信系统具有选呼、组呼、全呼、紧急呼叫、呼叫优先级权限等调度通信功能,并应具有存储功能、监测功能等。

2频段及频点的选择

地铁无线通信系统采用的制式应符合国家有关技术标准,所采用的工作频段及频点应由当地无线电管理部门批准。

3专用无线通信系统工程设计

3.1网络结构

根据地铁线路的特点,数字集群通信系统按基站设置方式的不同可以有以下几种系统结构:

小区制:在控制中心设置交换控制设备,在地铁沿线各车站设置基站,交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接,地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现全线场强覆盖。小区制的缺点是投资较高,列车司机与行车调度员之间的通话存在较多越区切换;优点是信道利用率高,系统的故障弱化能力较强,最大特点是能够实现车站值班员与列车司机之间无须拨号即可建立通信联系。

中区制:在控制中心设置交换控制设备,在地铁沿线的重要车站设置基站,其它车站设置射频放大设备,交换控制设备与基站之间通过有线传输通道连接,地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现全线场强覆盖。中区制在设备投资、信道利用、越区切换频次、故障弱化能力等方面均介于大区制与小区制之间,不具备小区制的小三角通信功能,也不存在大区制的车载设备在列车进出车辆段时正线通话组与车辆段通话组不能自动转换的问题。

大区制:在控制中心设置交换控制设备和基站,在地铁沿线车站均设置射频放大设备,地铁沿线架设漏泄同轴电缆实现全线场强覆盖。大区制的优点是投资较小,列车司机与行车调度员之间的通话不存在越区切换;缺点是信道利用率不高,故障弱化能力较差,不能实现小三角通信,尤其是列车进出车辆段时正线通话组与车辆段通话组不能自动转换。此外,大区制系统结构不易扩容也是其致命弱点。

综合上述对大、中、小区制三种系统结构的分析比较,建议地铁专用无线通信系统采用中、小区制系统结构进行组网。

3.2场强覆盖

地铁专用无线通信系统信号场强覆盖区域通常分为:隧道区间的覆盖、车站站台的覆盖、车站站厅的覆盖。

地铁隧道区间内场强的覆盖方式无外乎两种:采用隧道天线作为辐射源的空间波覆盖方式及采用漏泄电缆作为传输线和分布天线的覆盖方式。前者投资小,安装工程量小,但场强覆盖难以控制,会对隧道内的电磁环境产生不良影响,无法为控制越区切换、降低同频干扰等具体问题进行针对性的场强分布精确设计,实际使用先例很少;而后者投资较大,安装工程量较大,但由于采用漏泄电缆能够实现对电磁波传播和辐射的严密控制(既保证了自身系统的抗干扰又能降低对其他无线系统干扰的可能性),因此在国内外地铁的建设中均得到了广泛的应用。所以推荐采用漏泄电缆解决隧道内的场强覆盖。

采用漏泄电缆实现区间场强覆盖时,当区间太长时需在漏缆中间加设放大器对射频信号进行放大。常用的放大器有两种类型:射频直放中继器和光纤作为传输媒介的光纤直放站。两种放大方式对比如下:

下行载噪比

采用射频直放中继器放大的是由基站获得的信号,可以获得较好的载噪比;光纤直放站由于光端机噪声系数的增加,其信号的载噪比不及射频直放中继器。

上行噪声

采用射频直放中继器的上行噪声较小,对基站的影响较小;采用光纤直放站的上行噪声较大,对基站的影响较大。

可靠性

由于射频直放中继器是一级有源设备,可靠性较好;光纤直放站包含近端射频调制、光路传输、远端射频解调、射频放大四个部分,这四个部分是串联工作的,其中每一个部分出了故障,都会导致整条链路故障,可靠性较差。

信号传输时延

在放大器不级联的情况下,射频直放中继器对原射频信号的附加时延小;光纤直放站附加时延大。

延伸距离

射频直放中继器只能单向延伸覆盖范围;光纤直放站可以从中间向两端延伸,因此后者的延伸距离长。

级联放大互调影响

射频直放中继器级联放大时互调影响较大;光纤直放站级联放大时互调影响较小。

以上两种方式各有利弊。但总的说来,当放大器不级联时,采用射频直放中继器比较合适;反之,当放大器需要多级级联时,则采用光纤直放站更为有利。

车站站台场强覆盖通过区间漏泄电缆或在弱场强区增加小天线方式来实现,站厅层采用吸顶全向天线来进行站厅的场强覆盖。设计计算链路损耗时空间损耗采用自由空间模型公式。

根据无线信号传输模型,自由空间损耗计算公式为:

L=32.45+20log(F)+20log(D),其中F为频率,单位为MHz,D为距离,单位为km,

天线覆盖场强电平计算公式:

P(天线覆盖场强电平)=天线口功率+天线增益-自由空间传播损耗。

假设车站场强覆盖设计指标为:专用无线通信网95%的地点及时间(概率),移动终端接收信号的场强电平应不小于-85dBm;按瑞利衰落法进行计算,基站、移动终端接收端的比特误码率不超过4%(信噪比≥19dB)。

按照设计要求满足场强覆盖最小接收电平设计参数:

覆盖范围边缘场强的最小接收电平门限取决于:

①接收机的动态灵敏度:基站=-106dBm(上行),移动手机=-103dBm(下行),车载台=-103dBm(下行)

②场强覆盖瞬时瑞利衰落深度:衰落储备取值=13dB

③设计储备余量:取值=5dB

边缘场强取值=接收机灵敏度+衰落储备+干扰余量

因此,在满足信噪比≥19dB和可通率(时间、地点覆盖概率为95%)的要求下,最小接收电平设计取值:

下行(基站至车台):每载波≥-85dBm(车台天线输入端)

下行(基站至手机):每载波≥-85dBm(手机天线输入端)

上行(车台至基站):每载波≥-88dBm(基站接收端)

上行(手机至基站):每载波≥-88dBm(基站接收端)

专用无线通信覆盖的区域内同时并存商业移动通信网,因此工程的设计须考虑网间的相互干扰。经理论分析和实践证明:专用无线通信网和商业移动通信网在隧道内漏泄电缆安装间隔≥0.45米,其隔离度可达78dB,如公网POI和直放站设备相关指标符合国标的条件下如此可减轻或消除网间互调和带外杂散发射干扰的影响。站厅内专用无线通信网天线和商业移动通信网天线安装间隔≥4.5米,可以减轻或消除网间带外杂散干扰的影响。

4结束语

上述内容是本人参加地铁工程建设以来积累的一些理论和经验,在此总结起来与同行交流学习,尚有不足之处,诚请各方同仁指教。

我国城市轨道交通工程已经进入飞速发展的阶段,北京、上海、广州、深圳等一批人口密集,公共交通拥挤的城市已经有数条地铁线路投入运营使用,仍在加大地铁工程建设,武汉、成都、重庆、沈阳、西安等地也掀起了地铁建设工程的高潮,地铁已经成为大型城市综合经济文化实力的重要体现。随着城市轨道交通工程的繁荣发展,地铁无线通信系统也将在地铁工程中被广泛应用,地铁专用无线通信技术也将不断成熟完善。

参考文献

无线通信论文篇5

该部分主要涉及它涉及无线传播、路径损耗、阴影、区域覆盖等方面的知识。移动无线电传播-小尺度衰落该部分知识点较多,主要对无线传播中小尺度衰落、多普勒扩展、多径衰落等知识点展开,并且适当提及了分集技术。无线通信多址接入该部分主要对多址技术中的FDMA、TDMA、CDMA等技术进行简介。LTE及LTE-advanced技术该部分为新增内容,主要对最新的4G技术(TD-LTE、LTEFDD)进行介绍[5]。

2改革教学方法

2.1授课模式的改进思路

“无线通信原理”双语课程在大三下学期开设,主要采用传统的课堂授课模式。由于该英文教材有700页左右,但是因为课时限制,我们的教学大纲仅覆盖其中250页左右的章节。由于学生往往忽略剩余的其他章节(在学习英文教材时学生缺少主动性),这不利于学生专业知识结构的培养。我们今后可能需要引入网络大学堂等改革到此类课程中[6],把部分章节内容转化为网络学习资源,以便于学生利用碎片化时间自学。

2.2教学方法多样化

在教学过程中应该多采用启发式、互动式的教学方法,以课堂授课、课间讨论、课后自学等方式组合授课,这样有助于充分调动和激发学生的学习热情。因此,我们将考虑引入微课和翻转课堂等新型教学方法,以改进传统教学模式的缺点。

2.3考核方法灵活化

在“无线通信原理”双语教学课程考核时,采用课堂表现分、作业完成分、考试成绩分等组合打分的考核方式,改变以往单一依靠考试成绩考核的局面,从而全面考察学生的专业综合素质。其次,我们也可能考虑引入辅助的线上考核方法。

3教学成果展示为了更好地评估

2014年度教学方案,本文对随机选取的南京邮电大学“通信工程”专业修习该双语课程的学生成绩进行分析。该班级共有学生38人,对学生成绩画出对数曲线拟合图及成绩分布的饼状图(如图1所示),从图1可见看出学生成绩多分布在70-90分数段(该分数段人数占比超过70%),与预期学生考试评价范围吻合。由此可见,传统教学模式下双语教学方案还是可行的。

4结束语

双语教学改革实践是一个长期、复杂、反复的系统过程,本文也仅仅是对无线通信原理课程近八年来所积累的教学经验进行分析和总结。在以后的教学实践中,我们会紧跟信息技术的新发展步伐,特别是引入以大数据为基础教学探索,以洞悉双语课程的教学课程,递进地改善双语教育的课程开发和教学质量。

无线通信论文篇6

到2001年底,全球移动电话用户总数突破了10亿大关,并有100多个国家的移动用户数超过了固定用户数。移动通信已成为普遍接入的必要手段之一,而不再是传统所认为的固定电话的补充。另一方面,定向话音仍是当前移动通信的主要业务,但包括高速数据在内的多媒体业务的比重逐年增加,预计2010年话音业务和多媒体业务之比将为1:2。移动多媒体业务是把文本、图形、语音和视频等信息以任意组合的方式给移动用户提供的服务。为了提供优质的移动多媒体业务,必须构筑大范围覆盖的高质量无线宽带网络。从2002年开始,无线宽带网的建设进入高速发展阶段,许多国家均在政府支持和电信制造商、运营商的积极投入下,研究和建设各种不同类型的无线宽带网络。

我们知道,无线通信是利用无线电波(电磁波、激光)在空间的传播来传递声音、文字、图像和其它信息的。空间信道具有可移动性、共享性、广播性和可迅速建设等优点,同时也具有高干扰、强衰落、窄带宽的缺点。因此,无线宽带网络需要特殊的发送和接收技术来保证。本文按固定无线接入、移动无线接入和蜂窝移动三大系列介绍国内外无线宽带网络的现状和发展。

2.固定无线宽带接入通信系统

由于固定无线接入比移动通信场合容易现实操作,智能天线、软件无线电、现代编码调制及自适应信号处理等功率/频谱有效利用的新技术往往首先在固定无线接入中试验与装备应用,固定无线接入往往成为新一代移动通信的技术先导。

目前,与xDSL、HFC、FTTx、APON等有线宽带传输的发展相对应,LMDS、MMDS、SFO等无线宽带接入亦在快速推进。固定无线宽带接入系统采用TDMA和CDMA等多址技术将点对点微波传输系统发展到一点对多点的无线集中系统,它可以提供本地交换局至终端用户之间的宽带通信服务。

2.1本地多点分配接入系统(LMDS)

LMDS在1998年被美国电信界评选为十大新兴通信技术之一。其最大的特点在于宽带特性,可用频谱往往达1GHz以上。在不同国家或地区,电信管理部门分配给LMDS的具体工作频段及频带宽度有所不同,其中大部分国家将27.5GHz~29.5GHz定为LMDS频段。我国则采用26GHz及38GHz。

由于该技术利用高容量点对多点毫米波进行传输,它几乎可以提供任何种类的业务,如话音、数据及视频图像等,能够实现从64Kbps到2Mbps,甚至高达155Mbps的用户接入速率,并具有很高的可靠性,被认为是一种"无线光纤"技术。它是解决电信接入网问题的利器,为电信运营商开展业务、发展用户提供了高成效、低成本的有效手段。尤其适合于新兴运营商进入电信市场。

LMDS系统通常由四个部分组成:基础骨干网络、基站、用户端设备以及网管系统。由于LMDS直接支持无线ATM协议,可以使链路效率得到提高。

2.2多点多信道分布式系统(MMDS)

LMDS的缺点是覆盖范围小,为了覆盖30平方英里以上的面积,可以使用另外一种成本低廉的宽带无线技术—MMDS技术,它有时被称为无线DSL。如图1所示,MMDS不需要本地电信或有线广播公司的干涉就能够通过用户安装在屋顶上的天线为每位用户提供服务。

图1MMDS宽带接入图

MMDS最初用于单向传输的影像广播服务,包括城市与城市之间的无线网络系统。现在则可以采用双向的数据业务传输,允许更加灵活地使用MMDS频谱。而LMDS技术,则属于区域性的无线技术,可被应用在城市内、郊区等小范围的通信网络,它们的比较如表1。

表1LMDS与MMDS的比较

2.3自由空间光通信(FSO)

激光无线通信与以往的利用电磁波(radio)的无线通信相比,具有容量大、发射装置和功率小、不用政府特许证、对人体无影响等优点。但容易受到天气和障碍物的影响,一般用于近距离室内通信,如各种遥控信号的传递、微机间和手机间的数据通信等。现在开始应用到室外通信,但需要使用抗天气劣化的自适应技术。

自由空间光通信(FSO)使用光脉冲调制信号,按照FSO联盟的规定可以采用两个红外线波长:长波长1550nm和短波长800nm。以提供100、155和622Mbps的数据速率。

3移动无线宽带接入通信系统

移动通信是处于移动状态的通信对象之间的通信,一般采用无线方式。移动通信系统可以分为两大类:移动无线接入通信系统和蜂窝移动无线通信系统。前者依赖于现有网络系统,仅仅是现有网络的接入系统;后者是一个完全独立的网络系统,除了骨干传输部分外,都需要重新建立。移动无线接入通信系统以往主要包括第一代(CT1)、第二代(CT2)、第三代(CT3和PHS)无绳电话,它们仅提供语音和低速数据业务。移动无线宽带接入通信系统则有以下几种:

3.1宽带无线局域网络(WLAN)

无线局域网络是便携式移动通信的产物,终端多为便携式微机。如图2所示,其构成包括无线网卡、无线接入点(AP)和无线路由器等。目前最流行的是IEEE802.11系列标准,它们主要用于解决办公室、校园、机场、车站及购物中心等处用户终端的无线接入。

图2802.11网络的典型应用

在802.11的基础上,IEEE相继推出了802.11b和802.11a两个标准。三者之间技术上的主要差别在于MAC子层和物理层。802.11b使用动态速率漂移,可因环境变化,在11Mbps、5.5Mbps、2Mbps、1Mbps之间切换,且在2Mbps、1Mbps速率时与802.11兼容。802.11a工作在5GHz频段,物理层速率可达54Mbps,传输层可达25Mbps。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。

表2无线局域网标准比较

目前,2波段兼容(2.4GHz802.11b和5GHz802.11a)的产品最为流行,3波段(2.4GHz802.11b,5GHz802.11a和1.8GHzGSM/GPRS/WCDMA)产品也走出了实验室。另外,802.11g标准刚刚被推出,它可以在2.4GHz频段上实现54Mbps的数据速率。

欧洲的宽带WLAN标准是HiperLAN2,它与IEEE802.11a非常相似。它希望和3G移动通信协议互通,并且能提供不同等级的QoS,以满足多媒体或VoIP等不同类型的应用需求。

3.2无线ATM网络

无线ATM的目的是在ATM骨干网的基础上实现端到端的ATM连接,以提供质量可保证的各种服务,如ABR、VBR、CBR和UBR等。由于无线ATM网络采用的无线传输信道与ATM骨干网所采用的光纤传输信道具有很大的差异,一些新的问题,如介质共享性、广播性、较长的传输延时、较高的信道误比特率以及信道衰落的影响等等,必须加以解决。因而无线ATM除了具有与ATM相同的ATM层、AAL层以及信令部分外,还要增加与无线通信有关的无线物理层(PHY)、介质访问控制层(MAC)、数据链路控制层(DLC),以及相应的无线控制功能,这样才能在无线网络中实现ATM服务。为支持对各种业务的服务质量控制,DLC协议常常针对不同的业务采用不同的差错控制方式;MAC协议则一般采用信道动态分配算法来支持业务速率的可变。

另外,无线ATM通信网要支持移动用户,因此网络应具有移动管理功能。当无线ATM通信网采用微蜂窝小区形式的网络结构时,越区切换控制就是移动管理的一项关键技术。无线ATM网和现有的移动通信系统(如GSM)相比具有一些不同的特点。例如,无线ATM网可支持多种类型的业务及多速率业务的通信,越区切换时需保证各种业务的服务质量(信元丢失率、延时等)不恶化;ATM信元字头没有序号字段,越区切换时可能出现信元次序混乱,造成信元丢失;现有的ATM网络采用固定VP/VC连接方式(即固定路由),而越区切换需更新原来的连接、重建路由。这就必须研究适用于无线ATM网络的切换控制方案。

关于无线ATM的无线接口方面和移动管理方面的标准分别由ETSI和ATM论坛负责制定。依据这些标准,许多无线ATM系统被推出,如表3所示。无线ATM技术在生活中的深层次应用主要包括如何帮助人们完成远程医疗、保健和教育。

表3无线ATM系统比较

移动无线宽带接入还包括欧洲ACTS项目中著名的AWACS、SAMBA及MEDLAN系统,其工作频段分别使用19GHz、40GHz、61GHz等,MEDIAN为室内慢速移动,AWACS及SAMBA可用于室外较高移动速度的情况,覆盖范围一般较小,为数十米至200米左右。它们的目标是实现155Mbps乃至速率更高的移动或半移动环境下高速优质多媒体个人通信服务。

另外,在移动无线宽带接入通信方面还有两个技术动向应引起注意:

最近美国FCC公布了最新频率分配政策,批准有限使用在超宽频带(UWB)上传送高速数据的非许可无线系统,但UWB的使用须高于3.1GHz或低于960MHz。有些厂商已经开始推出UWB产品的试验样机,它最适用于拥挤的室内通信。

作为一种多跳无中心分布控制网络,自组网(adhoc)的研究方兴未艾,它组网灵活、生存力强,可以迅速应用到某些特殊环境和紧急情况,是无线网络发展的新方向。

4.蜂窝移动无线通信系统

蜂窝移动无线通信系统是当前移动通信的主力军,它采用蜂窝结构,频率可重复利用,实现了大区域覆盖;并支持漫游和越区切换,实现了高速移动环境下的不间断通信。从70年代起,它已经历了第一代(1G)、第二代(2G)并开始进入第三代(3G),未来向超(Beyond)3G过渡。图3描述了移动无线接入和蜂窝移动无线通信系统的发展过程,它们的数据传输速率分别对应于不同的固定通信系统,其中MMAC、HAPS和ITS将在后面介绍。

图3不同移动通信系统与固定通信系统的比较

1G采用FDMA和模拟调制,由于频率利用率低、通话质量差、容量小,在中国已经退出市场。目前,国内外的主流系统是2G,它采用TDMA/CDMA和数字调制,提高了系统容量和通话质量。但1G/2G主要提供语音服务,为了提供自由的移动多媒体接入,例如话音、可视电话和高速数据传输,则需要发展3G和超3G移动通信系统。

4.1第三代移动通信系统(3G)

为了支持多媒体业务和全球无缝漫游,90年代初,一些标准化组织就已经对3G进行研究。在1999年10月的ITU芬兰会议上,3G(即IMT-2000)的无线接口技术规范(如图4)获得通过,标志着第三代技术的格局最终确定。它分为CDMA和TDMA两大类共五种技术,其中主流技术为三种CDMA技术:CDMA-DS(直接扩频)即欧洲和日本共同提出的WCDMA技术;CDMA-MC(多载波)即美国提出的cdma2000技术;CDMA-TDD(时分双工)包括我国提出的TD-SCDMA和欧洲提出的UTRATDD。这些标准的制定主要靠3GPP和3GPP2两个国际组织。

图4IMT-2000标准

3GPP研究制定并推广基于演变的GSM核心网络的3G标准,即WCDMA、TDS-CDMA等。GSM系统在向3G演进的过程中,其无线接入网络采用新型WCDMA技术,引入了适于分组数据传输的协议和机制,可支持144Kbps、384Kbps、2Mbps的数据速率,这是一个革命性的变化。而在网络部分则采用演进的方式,即在初期针对话音和数据业务分别接入到不同的交换网络--电路型和分组型的交换网络。通过提高现有GSM的传输带宽,逐步向提供3G所要求的2Mbps速率的方向努力。目前,3GPP完成了许多标准版本,其中版本5完成了IP多媒体子系统的定义,诸如路由选取及多媒体会话,其下行峰值数据速率可高达8-10Mbps,并具有高的数据吞吐量和低的延时。

按照从事CDMA2000标准研究的国际组织—3GPP2的规范,窄带CDMA系统(IS-95)无论是无线接口部分还是网络部分在向3G过渡时,都将采用演进的方式。cdma2000-1X商用初期,网络部分在窄带CDMA网络基础上,保持电路交换、引入分组交换,以分别支持话音和移动IP业务。为了进一步增强传输能力,3GPP2开始制订支持速率高于2Mbps的cdma2000-1X增强标准,其中高通公司的HDR、摩托罗拉和诺基亚公司联合提交的1Xtreme,还有中国的LAS-CDMA都作为候选技术在探讨中。

目前移动通信业界已基本达成一个共识:未来的移动通信核心网络将是一个全IP的宽带分组网络。3GPP和3GPP2都将3G发展的目标设定为全IP网,它将承载从实时话音、视频到Web浏览、电子商务等多种业务。

IMT-2000的原意是指2000年在2000MHz频段实现2000Kbps的数据传输速率。但由于2.5G和WLAN的加强运作,延长了2G的寿命,再加上超(beyond)3G的基本概念与框架结构的研究已经启动,这使得3G处于2.5G/WLAN及超3G的夹击之下。另外3G标准和技术上也存在一些问题,近来世界经济也处于低潮,这都使得3G的大规模使用比预想的要晚些到来。

为了在2G网络上实现移动数据通信,许多2.5G过渡方案被提出,象GPRS和WAP技术。目前发展最快的是NTTDoCoMo公司的i-mode,它很好地实现了在线上网。在i-mode的基础上,i-motion、i-area、i-appli等业务陆续在日本被推出。为了更好地提供这些服务,NTTDoCoMo公司于2001年10月1日开通了世界上第一个商业3G网—FOMA系统。

4.2超第三代移动通信系统

如图3所示,即使3G系统建成了,也仅仅实现了相当于窄带ISDN的数据速率。为了提供交互式移动多媒体服务、更高速数据接入(相当于宽带ISDN)、真正的全球漫游和服务可携带性,超3G的研究已经启动。目前的设想是将各种无线接入手段(包括宏/微蜂窝漫游、高/低速率传输等)组合起来,与以IPv6为基础的核心网相连接,构成超3G的框架,从而形成慢速移动与快速移动的有机融合。ITU认为,可以将IMT重新定义为InternetMobile/MultimediaTelecommunications即互联网移动/多媒体通信。目前,超3G的研究主要包括:

多媒体接入通信系统(MMAC)--高速率传输

MMAC是由日本推出的多媒体无线接入系统,其目标是通过便携式可视电话和因特网获得信息。如表4所示,目前主要提供两类高速无线接入。第一类用于室内外宽带移动通信系统,用3-60GHz频段传输30Mbps的数据,该项目从2001年开始;第二类提供超高速WLAN室内接入,传输速率达到600Mbps,采用60GHz频率,即毫米波。但是这些系统不能提供大范围覆盖,也不能用于车辆业务环境,只能用于“热点地区”。研制出的毫米波样机可以演示60GHz的WLAN与ATM或100BASE以太网接口,其数据速率可以达到155Mbps。

表4系统诸元表

移动宽带系统(MBS)--高速率传输

欧洲MBS的目标是使蜂窝系统具备低时延、高QoS保证,数据传输率达到155Mbps的水平,比现行速率要快数千倍。MBS将朝着“与服务无关性”方向发展,即随着数据传输率的提高,无线通信设备将能实现任何应用。

MBS创建于1995年,原型的数据传输率为34M的水平,但通过并行运用多路链接可提高数据传输率。MBS经过很多室内和室外环境的测试,包括在比较拥塞的城区以每小时30英里的速度行进。MBS的物理层采用独特的TDMA技术,这也是大多数2G蜂窝电话所采纳的标准;更高层则采用ATM方式。不过开发人员认为,MBS原型的功能仍不是很强,成熟的产品将在2010年出现。这期间规范肯定要作相应变更,物理层将会采用OFDM技术,网络层则会采用IP协议。

智能运输系统(ITS)--高速度移动

ITS是新型的传输系统,由先进的信息通信网组成,为用户道路、车辆等提供高速运动中的信息传递。ITS不仅提供道路情况、交通事故等,同时还能为驾驶员和乘客提供多媒体业务。

ITS由9个开发层面组成,包括导航系统、电子长途数据采集(ETC)、安全行车辅助系统等。ETC是利用两对5.8GHz的频段进行连续的长途数据采集。ITS的通信系统分为路途车辆通信和车辆互通,其中最主要的是路途车辆通信。ITS系统在沿途布上光纤网,光纤无线收发信机是关键技术。

平流层高空平台(HAPS)--宏蜂窝漫游

HAPS系统基于高空平台提供多媒体电信业务和大气层监测。基站将被安放在长时间停留在空中的气艇、气球或其他飞行器上。这些飞行器处于距地面20km至50km的空中,基本静止。基站之间彼此通过光互连链路形成网络。由于基站所处位置很高,使得每个基站有非常大的覆盖范围。因此,只需较少的基站就可以完成全网覆盖,部署较快。

按照设计目标,HAPS将兼取卫星系统和地面通信系统的长处,以作为地面移动通信系统强有力的补充手段。HAPS可以支持固定终端、便携终端和移动终端。典型的接入速率为25Mbps,对于有些固定终端可达几百Mbps。由于采用了毫米波频段(47/48GHz),容许使用高增益小口径天线。

5结语

无线通信论文篇7

关键词:MSM6882;最小频移键控;无线数据通信

1引言

计算机与数据终端的普及使得无线数据通信技术在很多领域得到广泛应用。在无线数据传输设备中,调制解调器是不可缺少的一环。调制解调器的调制方式主要有频移键控(FSK)、相对相移键控(DPSK)等,其中最小频移键控(MSK)调制方式是FSK方式中较好的一种。MSK调制方式是连续相位频率键控(CP-FSK)方式的特殊情况,其调制系数为0.5。MSK信号在码元转换瞬间没有相位突变,因而信号频谱在频带之外的滚降会加快,占用频带比PSK信号窄,但却具有与PSK相同的性能,非常适合在无线通信中使用。

MSM6882是日本OKI公司生产的采用MSK调制方式的调制解调芯片。它的工作温度为-25℃~70℃,采用DIP22或SOC24封装,其主要特点如下:

片内滤波器采用开关电容结构;

数据传送波特率1200/2400bps可选;

片内发送滤波器可作为音频信号滤波器单独使用;

接收定时再生电路有两种同步方式供用户选择;

片内集成有振荡电路;

调制可采用正弦或余弦方式;

采用单5V电源供电(MSM6882-5)。

2MSM6882的引脚功能

MSM6882的引脚排列如图1所示,其引脚功能描述如下:

X1、X2:晶体输入脚。当外接时钟时,X1悬空。

MCS:时钟频率选择端。该脚为“0”时,外部晶振或时钟选择3.6864MHz,为“1”时,外部晶振或时钟选择7.3728MHz。

ME:调制器使能端。该端为“0”时,TI脚与发送低通滤波器相连,为“1”时,调制器与发送低通滤波器相连。

SD:发送数据输入脚。

ST:发送时钟输出脚。使用时可用ST信号的上升沿同步SD脚的信号。

SIN:正弦调制方式选择。

PRE:发送数据预置选择。为“0”时,SD脚信号输出至AO脚。

BR:波特率选择位。其选择方式见表1所列。

表1波特率选择表

时钟频率(MHz)MCSBR波特率(bps)

7.3728112400

101200

3.6864001200

SG:片内模拟信号地。

GND:芯片电源地。

TI:音频信号输入。

AO:调制信号输出。

AI:解调信号输入。

CDT,CDO:芯片测试脚。正常使用时,CDT脚应接地,CDO脚悬空。

RD:接收数据端。经解调后的信号由此脚串行输出。

RT:接收数据时钟。使用时可用RT信号的下降沿同步RD脚数据。

CF:快速锁相控制。该端为“1”时,RD脚和RT脚的输出信号相位差大于22.5°,相位校正将快速完成;如果相位差小于22.5°,相位校正以低速进行。而在该脚为“0”时,无论RD脚和RT脚的输出信号相位差为多少,相位校正均以低速进行。通常情况下该脚接高电平,即选择快速锁相方式。

CT:同步方式选择。为“0”时,锁相环在50比特内完成相位同步。为“1”时,锁相环在18比特内完成相位同步。

FT:自环测试控制。通常接高电平。

VDD:芯片电源端口。

3MSM6882的内部结构原理

MSM6882的内部结构如图2所示。该电路主要由三个部分组成:发送电路、接收电路和时钟发生电路。发送电路包括调制器、发送低通滤波器和两个RC低通滤波器。它在PRE和SIN输入信号控制下可完成对输入二进制数据的调制或输入音频信号的滤波。在完成调制功能时,首先由调制器将输入数据调制为MSK信号,再由发送滤波器和两个RC低通滤波器滤除高频分量并加以平滑后,输出到线路上。在完成音频滤波功能时,发送滤波器将与调制器断开而与TI端接通,从而直接将输入的音频信号滤波并送至线路。

接收电路由RC低通滤波器、混频器、接收带通滤波器、限幅器、采样保持电路、延迟检测器、检测后置滤波器和定时再生器组成。接收信号经接收滤波器滤除杂波后,可由限幅器和采样保持电路变换为方波信号输入延迟检测器。然后由延迟检测器恢复出解调数据,经检测滤波送入定时再生电路以提取接收时钟,最后将接收时钟和解调数据输出。

图3

时钟发生电路可为整个电路提供时序信号。

4应用电路

无线通信论文篇8

一、电力信息采集系统

电力信息采集业务是对用户的用电信息进行采集、监测和处理,实现用户用电信息计量异常监测以及用户用电信息采集、分析和管理,同时也让电能质量被实时监控等,在用户服务、市场管理、电费实时结算等多方面提供实时、可靠的数据。电力用电信息采集系统分主站层、通信信道层和采集设备层三层。[1]主站与其他应用系统和公网信道是由防火墙分离开来,单独组网。在主站层里有前置采集平台、营销采集业务应用以及数据库管理三部分组织。前置采集平台管理和调查各种与终端的远程通信;营销采集业务应用让系统的各部分应用功能得到充分得到充分发挥;数据库管理实现用电终端的用电信息有效管理,并担负起协议解析职责。实现这三种功能,需要由前置采集服务器、营销系统服务器以及相关的网络设备组成主站网络的物理结构。采集设备层的主要任务是收集和提供整个系统的原始用电信息,是整个系统的底层,又分为计量设备层、终端子层两个子层,分别负责实现电能计量和数据输出和收集用户计量设备的信息、处理和冻结相关数据,并实现与上层主站的交互等。而主站层和采集设备层之间的最重要使是通信信道,为主站和终端信息交互提供平台。目前有230MHz电力无线专网、GPRS/CDMA无线公网以及光纤专网等通信信道,而无线技术的应用更能满足系统需要,其可靠性和稳定性成了当前的研究重点。用电信息釆集系统主要有五大功能,分别是系统数据采集、系统接口、运行维护管理、数据管理及控制和综合应用。数据采集主要是根据业务要求编制自动采集任务,例如任务类型和名称、采集周期和群组、正常补采次数以及执行优先级等信息,对任务执行情况进行管理;系统接口主要是与其他应用系统进行连接;运行维护管理功能是对密码、权限、档案、通信与路由、终端、运行状况、故障记录、报表等方面的内容进行有效管理;数据管理及控制功能包括对数据的计算、检查、分析、存储等内容进行管理以及对电量、功率、费率、电缆催收等内容进行控制;综合应用功能主要是提供异常用电分析、有序用电管理、自动抄表管理、用电分析、电能质量数据统计等服务。用电信息采集首先由主站对集体终端进行对时,统一时间后终端进行采集工作状态,按设定的时间间隔进行定时抄表、存储并通过无线信道传数据到后台,如无线信道不稳定时,后台会自动再次生成相应的补救命令追补数据,最后后台对数据进行处理。整个采集过程,业务通信具有整点时刻定时抄表,重传补数的特点,保证在业务通信失败的情况下还可以再次重新传采集数据,实现信息采集可靠性。

二、无线通信信道技术特点与数据丢失规律分析

1.无线通信信道技术的特点利用信道的统计特征进行分析是无线通信信道技术的重要特征之一。无线通信信道分为小尺度衰落和大尺度衰落两种衰落大体。小尺度传播是指信号在短时间内瞬间产生的变化,而大尺度传播指的是在相关长的一段时间内信号平均功率的变化。信道的相位、振幅会受到多径传播和多普勒频移两者的影响,产生信号频散和时间选择性衰落。衰落也根据大小将小尺度衰落分为选择性频率衰落和平坦衰落。在电力系统无线通信应用中通常有如高斯噪声、白噪声、窄带高斯噪声等多种噪声陪随着信号的传输,短时衰减是他们其中最大的特点,最大可以达到60~70dB。无线通信信道技术噪声有突发性的脉冲噪声、自然噪声、同步周期性脉冲的噪声、异步周期性脉冲的噪声。突发性的脉冲噪声顾名思义是指网络上开关的操作或者发生闪电时产生一系列脉冲噪声影响到非常宽的频带,以致脉冲噪声密度比背景噪声的功率谱密度高出50dB;自然噪声即是指如闪电、雷击、电焊等自然界各种各校的电磁波造成的自然噪声;同步周期性脉冲的噪声是电力设备按照50Hz或者100Hz来工作的频率产生的脉冲,功率随频率增加而减少;异步周期性脉冲的噪声是由于大功率电器的开关发生周期星的开闭动作导致噪声产生,重复率主要集中50~200范围之内。2.电力无线通信数据丢失规律不同地区电力负荷的特性不同,影响电力负荷的因素也不完全相同。[2]电力用电信息采集业务的主要任务是对居民用电信息进行采集与监控,无线通信往往会受到电磁干扰的影响。对用电信息采集无线通信网络进行数据分析,指在根据电磁干扰造成数据丢失规律,结合信息采集业务的应用环境特点,调整选用合适的控制策略,以保证用信息采集业务的可靠性。分析数据丢失规律,首先要统计出24小时内居民用电负荷与时间的关系特性,并结合用电负荷量得出阶梯奖业务量模型,再根据模式作出规律性变化分析。在统计电力用户用电负荷状况时,节选广州某居民区生活和工作用电负荷24小时规律变化为例,通过采样、统计、整理得出一天内的用电负荷曲线,如图1所示:其中,负荷比值=瞬时负荷量/24小时平均负荷量。由图1可以看出,01:00~05:00时间段为居民的休息时间,全天进行用电量低谷;05:00~08:00时间段,居民起床、做饭、上班等,用电量略有所回升;08:00~12:00时间段为居民上班时间,使用各种电器设备,用电量明显上升,而12:00~13:00为午餐午休时间,用电量随着部分活动的停止而呈小幅下降;13:00~18:00又进入工作期间,用电量也相应上升;18:00~20:00时间段是居民回家做饭时间,用电量逐渐增加;20:00~23:00时间是大多数人在家休息,如电视、空调等大功率电器大幅启动,多数娱乐场所也进行一天的高峰,此时处于用电高峰期,在21:00附近进入一天用电最高峰,随后便有所下降,至24时多数居民已休息,用电量又逐渐步入一天的低谷。电力无线通信数据丢失率与电磁干扰因素呈正相关关系,一般而已,电磁干扰因素越大,电力无线通信信道数据据丢失率就越大。结合居民用电负荷曲线,将一天分成五个时间段,依次为K23:00-6:00;K6:00-12:00;K12:00-18:00;K18:00-20:00;K20:00-23:00。五个时间段的居民用电量呈递增趋势,设20:00的用电负荷比值为K20:00,那么K20:00-23:00段的平均负荷比值为:K20:00-23:00=(K20:00+K21:00+K22:00)/3同理可求得其他四个时间段的平均负荷比值,可以得到五个级别的通信数据丢失率阶梯模型,可以总结电力无线通信数据丢失规律是随着用电量的变化而变化。在接入过程中应当充分根据此规律的特点而设计不同的控制方式,从而最大限制提高无线资源的利用率。

三、无线通信技术在系统中的应用

用电信息采集系统通信分为有线通信和无线通信。无线通信又分为无线专网和无线公网。一般而言,变电站采集终端采用有线的光纤通信方式,保证采集实时性强;高压客户采用230MHz专网或无线公网方式;而低压客户几乎都是采用无线公网通信方式。由于居民用电信息采集中,一个公用配变电下有大量的电力用户,而且具有用电容量小、计量点分散等特点,本地信道方式将大量的电力用户信息集中再往系统主站传输是一个低成本的无线通信技术应用方式。因此,用电信息采集系统无线技术的应用主要介绍微功率无线通信、低压窄带电力线载波、低压宽带电力线载波三种本地信道通信方式的应用。[3]微功率无线通信是指采用WSN(WirelessSensorNetworks)技术的无线通信方式。WSN是一系列微功率通信的总称,综合了嵌入式系统技术、传感器技术、网络无线通信技术、分布式信息处理技术等,通信微型传感器节点对用户进行实时的感知和监控,利用每个传感器具有无线通信功能组建成一个无线网络,将数据传输到监控中心,非常适用于低成本、测量点多、范围分散的低压场合。应用WSN技术克服了传统数据对点无线传输模式的局限性,自组织性、拓扑结构动态性、网络分布式特性等较为明显,而且通信能力、抗干扰能力都比较强,无需要安装,功耗低,具有很强的成本优势。无线数据支持双向传输,既可以上传电能表的数据,又可以接收集中器下发的命令,还可以中继来自其他节点数据。通信流程如图2所示:电能表通过无线采集节点传输到中继节点,并由集中器进行处理。集中器下发命令数据,目标无线采集节点就会通过多个中继节点收到命令,甚至可以直接收到,然后转发给电能表。还也可以利用无线网络实时性强的优点,将突发事件通过无线节点主动上传到后台,有效地实现故障报警、实时监控、防窃电。对于测量点相对分散、集中装表、用户负载变化大、载波不稳定等场合非常适用。低压窄带电力线载波通信指的是载波信息范围限制在500kHz以内的低压电力线载波通信。配电线主要用于传输50Hz大功率电力,配电线连接各种设备将会影响到传输的通信信号,特别是近年来变频家用电器大量使用,对信道的稳定性造成巨大的干扰,主要表现为阻抗不稳定、噪声显著、信号衰减严重,并且这两个因素随着时间和频率变化而变化。窄带载波通信技术可以双向传输,不再需要另外通信线路,具有较强的适应性,而且具有容易安装的特点,对于低压用户数据采集是个很好的应用。但其数据传输速率较低,容易受到噪声大、信号衰减的影响,在通信可靠性方面还存在着一定的技术障碍。因此,在应用时应当利用软硬件技术结合,完成组网优化窄带载波通信,对于一些用电负载特性变化较小、电能表分散布置困难的区域具有一定的应用价值。宽带电力线载波系统工作在1~40MHz频率范围,成功避开了kHz频段带来的干扰,并通过扩频调制或者正交方式来获得兆级以上的传输速率。这种电力线宽带通信调制技术把信道带宽分成N个正交的子信道,每个子信道呈现相对性和平坦特性,将这些子信道看成理想信息。由于低压台区电力线上的高频传输信号往往会衰减得比较快,需要通过时分中继、自动中继、频分中继和智能路由计算等多项技术手段实现整个低压电力通信网络重构并通信。这种通信技术具有较高的抗干扰能力,适应性强,可以同时承载多个业务并对各个任务进行并发处理。同时有单跳通信距离受限、信号衰减大等局限性。在应用时还需要采用路由、中继等行之有效的优化措施。根据宽带载波的短距离和少分支特性,应当重点应用于城乡公变区供电区域、电表集中安装居民区等,电能表数据采集效果和经济性均优于其他的抄表方式。

四、结语

智能电网建设体现一个国家电力发展水平。而智能用电是智能电网的一个重要组成部分,其建设水平直接关系到我国电网经济运行、使用效率、有序用电等诸多问题。用电信息采集系统自动化、智能化为智能用电服务提供有力的技术。本文在分析用电信息采集系统、无线通信技术特点的基础上对微功率无线通信、低压窄带电力线载波、低压宽带电力线载波三种本地信道通信方式进行讨论,旨在为国家智能用电服务提供支持。

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