无线通信技术实验范文

无线通信技术实验篇1

【关键词】遥测，系统组成，关键技术

一、引言

在兵器试验领域，遥测系统是导弹、火箭弹、航空炸弹等武器研制过程中的重要组成部分。兵器实验中的遥测一般是无线电遥测，它是指对远距离被测对象的某些参数进行测量、传输和处理的一整套设备，是集传感器技术、数据采编技术、通信技术和计算机技术于一体的无线电测量。笔者将就其系统的组成以及关键技术两个方面做阐述。

二、遥测系统的组成

兵器实验中的遥测系统根据其特点可以分为弹上遥测设备和地面遥测设备两大部分，同时通信设备、时间校准设备和模拟检测设备等也是遥测系统必不可少的一部分。

（一）弹上遥测设备。弹上遥测设备指武器内部的遥测设备，包含传感器、采编电路、发射机和天线等，主要负责将武器飞行过程中的内部参数经过处理后向外发射。采编电路接收传感器采集的模拟信号和武器数据信号，经过信号调理后送给弹上遥测调制电路，由发射机对高频载波进行调制后通过天线无线电遥测系统及在兵器试验中的应用向空间辐射出去。

（二）地面遥测设备。地面遥测设备指各种类型的遥测地面站，主要负责空间遥测信号的接收与处理。遥测地面站天线接收弹上遥测发送的遥测射频信号，由遥测接收机进行混频、中放和解调恢复后获得视频遥测信号，视频遥测信号送到视频解调器，完成码同步、帧同步、副帧同步、时码合并和串并转换，最后由遥测计算机进行数据采集、存储、实时显示和数据处理。

（三）通信设备。遥测系统参加武器测试时，为了试验步骤协调一致，必须保证遥测系统与指挥中心之间的通信畅通。遥测数据不仅仅是事后分析的依据，同时也是指挥员实时掌握武器工作情况并做出正确决策的重要参考，为此，通信设备要负责遥测地面站与指挥中心之间的数据传输任务。

（四）时间校准设备。为确保多台（套）遥测设备动作协调、配合准确，且各设备测试数据在时间上能精确对接，需要时间校准设备。时间校准设备主要负责接收统一时间信号，并将时间值逐一嵌入到遥测数据里，保证每帧遥测数据都具有准确的时间信号，用于数据的综合分析。

（五）模拟检测设备。模拟检测设备可以完成遥测信道指标、天线运动能力、遥测地面站整体工作性能等方面的检测工作。模拟检测设备由视频信号模拟源、高频信号源及检验用天线等组成，视频信号模拟源可按实际使用的帧格式产生视频信号，经高频信号源调制后，由自检天线向外辐射无线电遥测信号，供遥测地面站全系统功能检查使用。

三、遥测系统关键技术

（一）弹上遥测天线设计技术。由于兵器具有体积小、弹体细等特点，弹上遥测天线常采用微带天线和直立天线形式。微带天线是在带有导体接地板的介质基片上，贴上或环绕导体薄片而形成的天线，它利用徽带线或同轴线馈电，在导体贴片与接地板之间激励起射频电磁场，并通过贴片四周与接地板之间的缝隙向外辐射。

（二）弹上遥测设备小型化技术。兵器体积小、弹内空间有限，因此在设计弹上遥测总体方案时要做到小型化。软件无线电技术的出现使弹上遥测设备小型化程度进一步提高，它具有操作灵活、扩展性强、软件升级方便等特点。基于软件无线电技术的弹上遥测设备，可以实现测速、测距、测压、测温、GPS信息解算、视频信号处理等功能，这就由单个芯片代替了多个分立器件的全部功能，缩小了弹上遥测设备的体积，为在兵器上安装遥测设备提供了条件。

（三）遥测信号调制技术。PCM-FM是遥测领域内广泛采用的一种编码调制方式，具有频谱利用率高、抗多径和抗衰落能力强等特点。兵器试验中的遥测也多采用PCM-FM体制，地面遥测采用正交相干解调、差分检波等方法解调遥测信号。在PCM-FM系统中采用多符号检测技术和Turbo乘积码等技术，可以提升遥测系统的性能。

（四）地面遥测天线跟踪技术。在被测目标飞行过程中，必须保证地面遥测天线有效地指向目标，以接收到良好的射频信号，因此地面遥测天线跟踪技术也是遥测系统关键技术之一。常用的天线跟踪方式有手动跟踪、程序跟踪、记忆跟踪、天线自跟踪、雷达引导跟踪、遥测自引导跟踪，这些跟踪方式可以在实施过程中相互切换。在实际试验中，需要综合考虑武器飞行特性、试验要求等特点，选择多种跟踪方式配合使用。

（五）遥测数据实时处理技术。兵器试验时，有时需要实时提供武器飞行参数，以利于指挥员做出准确决策。遥测数据中包含大量的导航参数、控制参数、载体信息及离散量信息，实时提取出这些参数可以满足兵器试验的要求，因此遥测数据实时处理技术十分重要，是确保武器飞行安全、提高试验效率、缩短试验周期的重要保证。

（六）GPS应用技术。全球卫星定位系统（Global Positioning System，GPS）是美国国防部研制的卫星测距、授时、定位和导航系统。在兵器试验中，遥测地面站对弹上遥测数据中的GPS位置信息进行解算处理，必要时进行差分处理，再转换为特定坐标系下的数据，可以实现弹道实时重建、提供外引导数据等功能。

（七）遥测电磁兼容技术。兵器试验空间电磁环境复杂，各种大功率雷达信号、无线电通信信号、民用无线电信号等的存在，对遥测系统的可靠性、安全性产生较大的干扰。遥测系统具有良好的电磁兼容性是指弹上和地面所有遥测设备传导和发射的非功能性的电磁能量不能超过规定的闻值，并且在复杂电磁环境中能够正常工作。

四、小结

兵器实验中的遥测是指对远距离被测对象的某些参数进行测量、传输和处理的一整套设备，是集传感器技术、数据采编技术、通信技术和计算机技术于一体的无线电测量。它由弹上遥测设备、地面遥测设备、通信设备、时间校准设备和模拟检测设备等五个部分组成，其关键技术分别是弹上遥测天线设计技术、弹上遥测设备小型化技术、遥测信号调制技术、地面遥测天线跟踪技术、遥测数据实时处理技术、GPS应用技术和遥测电磁兼容技术。

参考文献：

[1]赵海龙，张健；《下一代无线通信关键技术及其在遥测中的应用》；信息与电子工程.

[2]张军；《无线电遥测系统及在兵器试验中的应用》；遥测遥控.

作者简介：

无线通信技术实验篇2

关键词:ZigBee;无线通信;桥梁检测

中图法分类号:TP393文献标识码:A文章编号:1009-3044(2009)36-10368-03

The Application of ZigBee Wireless Communication to Bridge Detection

WANG Li-li, WANG Yun-sheng, ZHOU Zhen-hong

(Zhengzhou university, Zhengzhou 450002, China)

Abstract: Along with constant development of communications technology ZigBee emerged. It is new wireless communications technology and it is distinct. It has more advantages in comparison with other wireless communications techniques. The development trend of bridge engineering techniques needs new bridge detecting techniques. Transmitting and updating data timely needing support by communications technology. ZigBee has widespread use which makes it’s using on bridge detection possible. Fast developing bridge detection technology makes using ZigBee essential.Based on above idea, to use ZigBee on bridge detection and develop a set of bridge detecting instrument are final aim.

Key words: ZigBee; wireless communication; detection of bridge

随着信息技术的发展,人们对网络通信技术的要求不断提高,传统数字化设备的有线连接给人们随时随地与信息网络相连和通信带来了很多不便。发展无线通信技术将人们从有线连接的束缚中解放出来,已经成为一种必然趋势。

近几十年来,科学技术的快速发展推动了桥梁工程技术的飞跃,随着桥梁不断往新颖桥型、大跨径的方向发展,桥梁的检测试验技术也不断地更新和改进。另外,随着国内路网改造、旧路改建和公路等级的提升,交通量的日渐增大,重型车辆的日渐增多,对原有的公路旧桥的通行能力要求越来越高,确定此类公路桥梁的实际使用状况和实际承载力就显得尤为迫切。

目前的无线通信技术主要致力于如何提高通信速率,而相对于简单无线连接的应用领域,如工业现场(桥梁检测)各种传感器的参数收集等由于数据量传输量小,并不需要很高的传输速率。如果使用现有的、过于复杂的无线通信技术将消耗很多能量,并且占用过多的计算和通信资源,同时也增加了设备成本。2002年8月,由英国的Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司成立了ZigBee联盟,并于2004年12月,正式公布了无线通信技术ZigBee的1.0标准。基于这种现状,本文提出将ZigBee应用于桥梁检测与评价中去的设想。

1 ZigBee无线通信技术特点

目前,一种新的无线通信技术――“ZigBee”技术引起了人们的关注。ZigBee这个名字来源于蜂群使用的赖以生存的通信方式,蜜蜂通过跳Zigzag形状的舞蹈来分享新发现的食物源的位置、距离和方向等信息[1]。

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术[3]。工作在2.4GHz的ISM频段上,传输速率为20kb/s―250kb/s传输距离为10m―75m。主要适用于工业控制、传感和远程控制领域。它依据IEEE 802.15.4标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以“接力”的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,因此它们的通信效率非常高。它适合于承载数据量较小的业务,可以嵌入各种设备,同时支持地理定位功能。与ZigBee兼容的设备有着网状的拓扑结构,这可大大延伸单个节点的传输范围。其网络结构如图1所示。

ZigBee无线通信技术与其他的无线通信技术相比有着自己的特点[2,5]:

1) 低功耗:由于ZigBee的传输速率低,发射功率仅为1mW,而且采用了休眠模式,功耗低,因此ZigBee设备非常省电。据估算,ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间,这是其他无线设备望尘莫及的。

2) 成本低:ZigBee模块的初始成本在6美元左右,估计很快就能降到1.5―2.5美元,并且ZigBee协议是免专利费的。低成本对于ZigBee也是一个关键的因素。

3) 时延短:通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短,典型的搜索设备时延为15ms。因此,ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。

4) 网络容量大:一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备,而且网络组成灵活。

5) 可靠采取了碰撞避免策略,同时为需要固定宽带的通信业务预留了专用时隙,避开了发送信息的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式,每个发送的数据包都必须等待接受方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。

6) 安全:ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证,采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。

2 桥梁检测的研究内容

桥梁检测的主要研究内容包括现场荷载试验与信号处理、数据分析与安全性评价和仪器设备研发等内容。荷载试验包括静载和动载试验检测两方面。

2.1 桥梁结构静载试验

静荷载试验指的是将标准设计荷载或标准设计荷载的等效荷载施加于桥梁结构的指定位置,对桥梁结构的应变分布、变形量进行检测,以此对桥梁结构性能做出评估[6]。桥梁静荷载试验内容主要包括以下几个方面。

1) 试验方案的设计准备阶段:根据试验目的和要求,对桥梁结构和相关资料进行必要的理论的分析和核算,补充必要的材料力学性能试验,在此基础之上有针对性地拟定周密合理的试验方案。

2) 静载试验的加载与观测阶段:在充分准备的基础上,按照预定的试验方案,对结构施加试验荷载,通过各种测试仪表进行观测,取得试验数据。

3) 对试验资料的计算分析阶段:本阶段的主要工作有,结构挠度的计算,测点应力的计算,截面应力的计算,主应力的计算,求残余变形值,荷载横向分布影响线的计算等。

4) 对试验结构的性能分析阶段:通过对试验资料的整理计算,对桥梁结构进行强度、刚度、抗裂性能、裂缝宽度等几个方面的研究分析。

2.2 桥梁结构动载试验

进行桥梁动力荷载试验,首先应设法使桥跨结构产生振动,然后通过传感器、放大器和记录系统记录下振动物理量的时间历程曲线。对于公路实桥桥跨结构,简便易行的方式是采用一辆或多辆并行满载重车进行跑车、跳车和刹车试验。对铁路桥则以一定型号机车牵引满载车列以不同速度过桥或桥上制动。桥梁荷载试验检测内容主要包括一下几个方面。

1) 结构固有频率的测定。2) 结构阻尼性能的测定。3) 振型的测定。4) 结构动力响应的测定(振幅、频率、位移、应力等),动挠度与静挠度的比值称为活荷载的冲击系数,活荷载冲击系数综合地反映了动力荷载对桥梁结构的动力作用。

3 桥梁检测设备的发展趋势

现在是开始为检测桥梁和其它土木结构开发智能、有效、低成本的检测系统的时候了。系统应包括多路传感器,具有不同的探测能力,能够同时对静荷载信号和动荷载信号进行检测。它既能运用无线技术把数据传送到监测中心去。可以预见,现代传感技术、无线遥测技术和无线通信技术的结合应用将为桥梁结构创造出杰出的无损检测系统,最终使无损检测技术融入桥梁健康监测系统中。

目前桥梁荷载试验技术已经向着测试多样化和测试仪器的高精度、小型化无线传输和智能化方向发展。随着计算机和终端设备的广泛使用,促使各种试验设备自动化水平不断提高。

传统的动静载试验方法载长期的实际运用中有其固有优势,如它主要是以关键部位的应力和挠度校验系数为准进行既有桥梁的评价,评定方法较为简便实用;但是该试验方法在其运用过程中也同时存在着一些缺点和不足,比如试验工作面大、加载时间较长、费用高、通常需要较长时间中断交通等,并且测试数据是离散的单点数据,导致其测试可靠性和准确性不易得到保证等[7]。因此,传统的方法有待进一步改进,利用ZigBee技术就能够解决这些难题。

近年来以美国为首的西方国家开始研制基于集成化系统的桥梁测试评价体系,并取得大量成果。并且ZigBee无线通信技术的发展使其在社会各个领域的应用越来越广泛,我们发现将现代无线通信技术应用于桥梁检测系统有很大的必要性,尤其是在桥梁检测系统各种数据信号采集方面。

4 ZigBee在桥梁检测中的应用

MaxStream用户根据不同的需要已将无线模块应用到了很多领域,据调查MaxStream到目前为止还没有在震动阻尼方面作过正式的试验,但用户的实际经验告诉我们,集成ZigBee技术的很多模块已经广泛应用,甚至包括那些工作环境恶劣(如强震动环境)中:

1) 铲车震动监控系统

2) 高海拔火箭研究系统

3) 舰队监控系统

4) 采矿设备监控

5) 无人驾驶飞机控制系统

6) 卧式钻床

7) 农业设备监控

8) 直升飞机操作员控制台

ZigBee的这些特点使其与其它网络通信相比更具有独特的优势,这也是这项技术能在很多领域很好应用的内在原因,这也为将ZigBee技术引进桥梁检测中提供了可能性、打下了基础、也指引了道路。

ZigBee主要用于中短距离无线系统连接,系统设计可允许使用第三方的传感器。能够对各种传感器进行无线控制和数据传输。ZigBee定义了三种节点类型:协调器、路由器和终端设备。协调器可以通过选择网络的工作信道和个域网识别标志(PAN ID)来启动一个ZigBee网络。一旦网络启动,路由器和终端设备就能加入网络。协调器和路由器都能通过网络发射和路由数据,并且允许其它的路由器和终端设备加入。当设备加入ZigBee PAN时,设备间的父子关系即形成,加入的设备为子,允许加入的设备为父。由于终端(传感器+8051/ARM+ZigBee)可同时具有路由器的功能,所以一个终端的数据可以通过其它终端的路由最终传递到协调器一端。如果终端设备不参与路由数据,则在不发射和接收数据时可以休眠。嵌入ZigBee技术的星状、网状拓扑结构如图2所示。

基于上述实际情况,在实际的桥梁检测系统中,我们可以将终端布于桥梁的相应位置,在桥梁静载试验或动载试验过程中通过传感器将各数据信号(模拟信号)采集起来,通过模数转换(A/D)转换成数字信号,以数字信号的形式直接传输或通过路由器传输到无线协调器,最终传输到终端设备电脑中,通过数据控制中心电脑显示出来,在远处的数据控制中心进行数据分析处理,从而达到用户自己想要的结果,并通过这种结果实现对桥梁的检测。

当信号采集远离数据处理中心时,将XStream模块和做协调器的XBee模块联接在一起,在数据接收中心也使用XStream模块接收数据,这样就实现了通讯距离的扩展。虽然XStream模块不能支持自动组网功能,但是它支持级跳功能,所以也可以实现更长距离的通讯(室外16km),这样可实现远距离的数据的采集和监控。

由此可见,将ZigBee技术应用于桥梁检测方面既能满足桥梁检测的需要又能充分利用ZigBee技术的优势节约能源、提高效率。这篇文章意在将ZigBee技术应用在桥梁检测数据信号采集和传输过程中,进而想利用XBee开发套件(XBee-S2模块(40m/120m)、XBee-Pro模块(100m/1.6km)、USB&RS-232接口电路板、API或者AT命令)开发出一套新的桥梁检测设备。

5 结束语

文章分别分析研究了ZigBee无线通信技术和桥梁检测内容,根据ZigBee技术的特点、应用现状以及桥梁检测需求提出将ZigBee技术应用在桥梁检测中的设想,并通过进一步分析讨论得出将ZigBee技术应用在桥梁检测中是必要的、也是可行的,另外,将该项技术成功应用的话不仅仅会使得该无线通信技术的优势得到进一步的发挥,并且也会推动桥梁检测技术的进一步发展,给社会带来巨大的效益。目前的任务是如何在这一思路的指引下开发出一套适用于桥梁检测的仪器设备,这是有待于进一步的研究和解决的问题。

参考文献:

[1] 袁国良,钟飞.基于Zigbee技术的无线传感器网络在水位检测监控系统中的应用[J].理论研究,2008(3):30-33.

[2] 周怡F,凌志浩,吴勤勤.ZigBee无线通信技术及其应用探讨[J].自动化仪表,2005,26(6):5-6.

[3] 凌志浩,周怡F,郑丽国.ZigBee无线通信技术及其应用研究[J].华东理工大学学报:自然科学版,2006(32):802-805.

[4] 任秀丽,于海斌.ZigBee无线通信协议实现技术的研究[J].计算机工程与应用,2007,43(6):143-145.

[5] 丁飞,张西良,张世庆.基于ZigBee的无线通信技术及应用[J].江苏通信技术,2006,22(5):24-27.

[6] 潘松林,张红阳.公路桥梁检测概述[J].城市道桥与防洪,2003(5):5-8.

[7] 孙全胜,苗露.桥梁检测远程数据传输的研究[J].森林工程,2007,22(1):82-84.

无线通信技术实验篇3

 

一、物联网通信技术课程的特点

 

物联网是智能感知与识别技术、普适计算、云计算、泛在网络系统的融合应用，被称为是继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮[1]。物联网在智慧交通管理、智慧城市、国防军事、环境监测和医疗卫生等诸多领域具有十分广阔的应用前景。2011年，物联网工程作为专业正式进驻高校，目前已有百余所高校开设了物联网工程专业，如何培养社会所需的物联网专业人才是至关重要的问题。

 

物联网本身并非仅是一门单纯的技术，而是一个复杂的系统，涵盖了多领域的技术与知识，融合多种异构通信技术和网络平台，所涉及的通信技术和标准众多，包括属于WPAN的蓝牙和IEEE 802.15.4、属于WLAN的wifi、属于蜂窝通信的GSM、GPRS和CDMA等技术，以及如何在这些技术的基础上构造网络架构与现有的因特网集成[2]。

 

物联网工程专业与传统专业不同之处即在于物联网专业更注重学生的创新、实践与协作能力的培养。物联网工程专业的性质也决定了实践教学成为该专业教学体系中不可或缺的重要环节。物联网通信技术作为物联网专业的专业基础课，为后期的传感器网络和硬件课程设计等课程奠定了基础，物联网通信技术实验直接影响后续课程的开展，为此实验教学的研究和探讨十分重要。

 

二、物联网通信技术实验教学现状

 

(一)师资力量薄弱

 

物联网通信技术课程以互联技术为主线，融合现有无线通信、移动网络等课程的相关内容和最新的前沿技术。因而，不仅需要实验教师具备扎实的理论基础，而且还要有较强的实践动手能力。而物联网工程专业作为新兴专业，全面掌握物联网技术的人员又非常少，再加上对实验教师的培养又不够，缺少参加培训和深造访学的机会，因而，实验教师师资力量薄弱严重影响了实验教学的开展。

 

(二)实验教学内容不一致

 

由于物联网通信技术包括的教学内容很多，如：各种短距离无线通信(蓝牙、Zigbee等技术)、蜂窝通信以及如何在这些技术的基础上构造统一开放的网络架构并与现有的因特网无缝集成[3]。如果将所有内容都泛泛地讲，学生很难真正地掌握每项技术，所以必须要有所侧重，各高校讲授内容的侧重点不同，实验教学内容也不一致。这里我们将重点放在无线通信原理和短距离通信技术上，需要在IEEE 802.15.4/Zigee的基础上设置相应的实验内容，使学生能够结合之前的课程，利用无线通信技术完成相应的功能，提高实践动手能力。

 

(三)实验室建设不完善

 

实验室作为物联网专业学生的实践平台，其实验设备和实验管理手段都具备一定的先进性和科学性，要充分发挥实验平台的功能。开设物联网通信技术实验，对实验环境要求较高，需要在各个传感器节点上做软件开发，而各硬件节点又极易出现各种问题，使得许多时间浪费在硬件检测上，为此需要加强对实验室的管理，确保每个硬件都正常运行。

 

三、物联网通信技术实验教学的改革与创新

 

为了进一步提高学生实践动手能力，培养出社会所需要的物联网专业人才，需要在实验教学中不断的探索与创新，下面从以下几个方面进行探讨。

 

(一)优化实验教学内容

 

从这几年的实验教学来看，这里采用总—分—总的方式来进行实验教学，具体各类型实验的内容如图1所示，将实验类型分为综合演示实验、基础实验和综合设计实验。为了激起学生学习兴趣，首先向学生演示一个物联网综合系统，让学生对整个实验效果有个整体的把握;其次再对系统中的各个实验进行操作，由于学生刚接触传感器节点，入手比较困难，这里采用先讲解主要接口函数和方法，在此基础上对其进行更改并完成相应的功能;最后，要求学生将所学到的知识综合到一起，完成一个综合型实验，通过zigbee无线通信完成网络拓扑的绘制以及对各个传感器节点信息显示。

 

1.综合演示实验。作为物联网通信技术课程的第一个实验，主要目的让学生对本课程有个整体的了解，激起学生学习的兴趣，因此在这个实验中，首先需要向学生介绍各个传感器节点的组成和作用，以及软件开发环境IAR，使学生对实验开发环境有所了解，在此基础上演示“物联网综合演示系统”，此演示系统可在PC机上通过zigbee技术对传感器节点进行管理和维护，通过数字和图表的方式，可多方位显示无线传感网的状态及控制传感网上的设备。

 

2.基础实验。对于物联网通信技术的实验需要在实验箱上完成，各高校配备的实验箱不同，每种实验箱都有不同的核心板、不同的程序，但是基本原理是一致的。这里我们在硬件上使用CC2530作为实现嵌入式Zigbee应用的片上系统，学生需要在掌握CC2530工作原理的基础上，完成前两个基础实验，实现节点的串口通信和无线通信。

 

首先利用CC2530实现串口通信，由于许多实验的结果需要在PC机上显示，需要通过串口线将数据从传感器节点传到PC机串口，在这个实验中学生通过按传感器节点上不同的按键向PC机传送不同数据，同样，PC机也可通过串口线向传感器节点传送不同命令;其次利用CC2530的无线通信功能，完成两个或者多个传感器节点互传数据的功能，可令一个传感器节点作为发送端，发送操作命令，另一个传感器节点作为接收端接收命令完成相应功能。

 

由于物联网通信技术主要以讲解短距离、低成本、低功耗的zigbee无线通信技术为主，这里利用TI公司提供的Z-Stack协议栈完成相应无线通信实验。学生在掌握了Z-Stack协议栈的体系结构后，利用协议栈中提供的各种接口函数，完成相应的功能。首先利用Z-Stack完成传感器节点间的通信以及串口通信，由于有CC2530做基础，这个实验掌握起来要容易些;另外利用Z-Stack实现星状网络，获取节点的网络地址形成网络拓扑，为后续实验做好铺垫。

 

3.综合设计实验。为了是实验内容更丰富，这里首先引用一个或多个传感器模块，进行数据采集，可将此部分的功能直接提供给学生，因为在后续的传感器原理课程中还要详细讲解数据采集的原理。有了这些基础实验，学生可完成一个综合性实验，可利用Z-Stack无线通信，将各个传感器节点采集到的数据以无线方式发送到协调器，协调器通过串口通信传到主机，在主机上对相应信息进行显示以及绘制网络拓扑，与此同时，主机可通过串口向传感器节点发送各种命令，完成控制功能。

 

(二)加强实验教学师资队伍建设

 

物联网工程专业作为新兴专业，很多都是新技术，物联网通信技术涵盖的内容又很广泛，需要教师不断地学习和探讨，为此可定期组织教师集体备课，讨论理论课和实验课的主要教学内容以及之间衔接问题。另外也可聘请有实际经验、有一定教学能力的企业技术人员对学生和教师进行实验培训，激发学生学习兴趣，提高教师业务水平。

 

(三)完善实验室建设

 

物联网通信技术实验课所需的实验设备主要包括各种传感器节点，这些部件具有体积小、易携带、易损坏等特性。因此，要对这些节点进行很好的管理，每位学生固定使用某些部件，可把这些部件贴上相应的标签，另外，需要配备额外的节点供学生使用，一是为了及时更换损坏的节点，二是供学生课后使用。也可设置开放实验室的时间，增加学生实践动手的时间和机会，充分发挥学生主观能动性和创新性，实现理论与实践的有机结合。

 

(四)创新实验教学模式与考核制度

 

物联网通信技术实验涉及的内容比较多，对学生的要求也很高，考虑到每个学生的基础不同，这里采用以小组为单位的实验教学。在一个小组中可能有的同学理论基础很扎实，有的同学编程能力比较强，这样他们可以互相学习，尽快地掌握相应技术，即培养了学生的合作能力，又提高了实验教学的效果。

 

对于成绩分布方面，物联网通信技术课程的总成绩应由理论成绩和实验成绩两部分组成，这里需要增加实验成绩的比例，提高学生对实验的重视程度，实验成绩至少需要站总成绩的30%。对于实验项目的考核，应更加注重学生的实际动手和研发能力，要杜绝拷贝抄袭的现象，为此不能采用传统的考核方式，需要制定新的考核方法。

 

对于学生的每个实验项目，应该从各个方面进行评价，包括实验课的课前预习情况、实验项目的运行情况和学生实际解决能力，对于在实验过程中勇于创新的学生，可将其实验项目作为范本进行演示，这样既给优秀学生提供了展示自己的机会，又大大激励了其他学生学习的兴趣。

 

物联网通信技术课程作为物联网工程专业主干课程，物联网通信技术实验课程作为硬件综合设计实验的基础，其实验效果直接影响后续课程的开展，为了进一步提高学生实践动手能力，我们需要在实践中不断探索、总结经验，建立起一套完善的实验教学体系。本文针对物联网通信技术实验教学环节中存在的不足，从实验教学内容、实验师资建设、实验室建设、实验教学模式和考核方面进行了分析，希望能为各高校物联网通信技术课程提供一些参考。

 

无线通信技术实验篇4

【关键词】无线通信技术 现状 趋势

一、无线通讯技术的概念界定

随着科技不断进步，无线通讯技术已经成为当今通讯技术最先进的科技领域。据学界统一归纳，无线通讯技术主要是由无线终端、无线基站及公共管理服务器等构件组成。

二、无线通讯技术的发展阶段

随着全球经济一体化与科技不断发展，公众通过无线通讯技术交换个人近况、工作状况、家庭状况、文化教育等信息。同时，无线通讯技术也从原始的定位通话方式转变为现在的移动通讯方式。笔者在综合大量的国内外专家已有的研究成果的基础上与翻阅世界无线通信技术的发展历史，将无线通讯技术分为的发展阶段根据历史脉络分为四个阶段。

（一）20世纪20年代初至20师姐50年代初

此阶段，无线通讯技术主要是军队及航海使用，其主要采用短波频与电子管技术。由于科学技术的重大突破，该阶段末期出现150 MHZ VHF单工汽车的公用移动电话系统MTS。

（二）20世纪50年代至20世纪60年代

在此阶段，原来的150MHZ的频段已经扩展为UHF450MHZ，器件技术大部分是移动环境中的专用系统，关键的器件技术也向半导体过渡。同时，期间也解决了公用电话网与移动电话接续联系的技术问题。

（三）70年代初至80年代初

在该阶段，美国贝尔研究所经过大量的试验提出了蜂窝系统概念并于70年代末进行了AMPS试验，并将频段从450MHZ扩展至800 MHZ，这项技术的发明极大推动力无线通讯技术的发展。

（四）90年代末至今

随着无线数据通讯需求与社交多媒体业务的发展，为了及时适应无线移动数据通讯需要与社交多媒体业务的发展，科学家经过大量的理论构建与计算试验，研制出第三代通信技术，即3G。第三代通讯技术的星期标志着数字化时代的到来，其全球标准化开始推广与相应的配套设施机制也开始研发出来。

三、无线通信领域的未来发展趋势

（一）技术互补性明显

随着科技的发展与公众的需求越来越高，公众对在不同的区域要求有不同的接入速率，这也就要求无线接入技术具有不同的覆盖范围、适用区域、接入速率等。

（二）政府要加强相关技术频谱的规划工作

为了方便各类企业及时的根据市场变化与发展战略及时从宏观、中观、微观三个角度规划自己的无线通讯网络，实现企业资源整合最大化。但是在具体的实施过程中，政府也需要加强对频率有限的频段的资源管理，减少不必要的资源占用，实现资源最大化。

（三）3G技术成为无线移动网络主流

3G技术的发展已经成为世界无线通讯技术应用的主流，也已经成为全球包括中国移动网络演进的主要阶段。根据发达国家的无线通讯技术发展的经验来看，由于移动用户普及率较高，所以通过发展用户盈利的方式已经难以适应当今无线通讯技术的发展盈利的方式。

（三）无线通讯技术向NGN网络融合

专家在进行大量的试验基础上提出了NGN概念，其定义主要是固定网络将形成一个IP化、高带宽、具有强大QOS保证的信息沟通平台。在这个平台上，各种软件应用将成为与客户接触的网络触手，并且会向社会公共领域延伸以实现NGN的全球信息交流功能。

四、无线通信技术的发展前景

（一）视频、多媒体业务的需求刺激数字电视广播和无线通信技术走向融合

由于移动用户对语音与视频节目的需求较大，因此技术研发要将数字电视广播技术应用到无线通信技术以满足客户需求。对于视频业务方面，现在的无线通信技术网络的视频业务具有资费高、带宽小、耗电大等问题。

（二）宽带无线技术与移动在互补和竞争中走向融合

宽带业务的迅速增长、移动通信的成功发展以及Wi―Fi的成功，促成了Flash―OF、DMWiMAX等多种无线通讯技术的诞生与发展。同时，由于WiMAX的技术研发成功又推动了3G增强型技术的发展，二者在竞争中互相推动发展，不断弥补缺陷并及时研发新的技术，最后在4G时代实现技术融合，推出4G无线通讯技术。

由于移动用户所在的地域与对移动应用的需求不同，无线通信技术网络的带宽需求与不同的技术优势不同的矛盾共存，因此发展无线通信网络需要综合运用多方面的技术研发手段，从宏观、中观、微观的角度采取整体化、合理化的方案设计和网络建设。

五、3G、4G技术的应用发展

（一）3G技术现状及发展趋势

随着科学技术的不断发展，3G技术已从原来的问题颇多升级为现在的成熟技术。3G技术中的WCDMA和CDMA200无线通讯技术在全世界不断扩散，带宽不断改善，用户数量不断增加。在中国的无线通讯技术方面，TD―SCDMA的技术研发已经成功并进行商用推广，并在国外市场开始占据主导地位，并且已经能够支持大型化的商用网络部署。我国换机市场容量在2亿部左右，根据专家预测，3G消费市场的销量在理论上应该可以达到1亿左右。2010年全球3G用户快速增长，美洲国家允许移动运营商使用800MHZ至900MHZ的频段发展其3G业务获取更多利润，而欧洲国家允许移动运营商在900MHZ频段发展其3G业务获取更多利润。

（二）4G的发展前景

随着科技的不断发展，无线移动通信技术的更新换代速度较快，其突出特点表现在数据传输的速率不断加快。电信技术的研发人员在这个基础上经过大量试验后提出了LTE概念，并且预测4G技术很可能是在LTE基础上进一步研发。同时，WiMAX的技术研发成功使得E3G技术的标准化速度不断加。根据现在世界无线通讯技术的发展趋势，笔者认为无线移动通信技术朝着移动化和宽带化的方向发展的可能较大，即移动通信则朝着宽带化方向发展，而无线宽带的接入向着移动性方向发展。

参考文献：

[1]田庆吉，吴乾，无线通信技术现状及发展趋势，信息化建设。

[2]李忠岩，浅析我国无线通信技术的发展和前景，信息技术。

无线通信技术实验篇5

论文关键词：通信网络　实验平台　综合　建设

论文摘要：针对目前通信技术的发展状况及就业形势，并结合我院实验室现状，提出了建设综合通信网络实验平台的必要性；给出了综合通信网络实验平台的拓扑结构；论述了SDH传输系统、程控交换系统及EPON光接入等系统的详细配置情况。

随着通信技术的发展及信息业务量的剧增，社会对通信专业人才的需求不断加大，从近几年的就业情况来看，企业需要的是既有较好的理论基础，又有较强的实践能力，并且了解通信行业技术的综合应用型人才。因此，高校必须不断完善通信实验室建设，改进实验模式，才能适应市场对人才的需求。我院于2009年提出了建设综合通信网络实验平台的计划，并获得了中央地方共建专业特色实验室项目的资助。

1实验室现状及建设综合实验平台的必要性

2000年以来我院先后建设了计算机技术、电子技术、通信原理、高频电子、EDA等基础实验室及检测与控制专业实验室。2004年通信专业开始招生，为满足教学要求，筹建了通信专业实验室。由于当时学校经费紧张，制定了通信专业实验室的建设在现有基础上分两步走的计划：第一步，建设以满足教学需求的基本型专业实验室，主要完成光纤、程控、通信网、移动通信等专业课程实验。该实验室建设方案以各种实验箱及相关的仪器设备组成，基本1人1箱，其特点是：技术成熟，投资少，维护方便。第二步，建设综合通信网络实验室。第一步建设方案已于2006年完成。

2006年以来，通信专业实验室在实验教学工作中发挥了其应有的作用。但这些设备各自独立，没有形成网络，系统性不强，实验内容多以演示、验证为主。随着通信技术的迅猛发展，这类实验室条件局限性较大，没有通信全程全网的系统性，学生对所学的专业课程缺乏系统整体概念，无法满足对通信技术的深入研究及市场对人才的需求。因此建设综合通信网络实验平台是非常必要的。

2综合通信网络实验平台的建设思路与目标

随着通信行业的不断发展，电信领域正在向着移动化、宽带化的方向不断融合。因此，综合通信网络实验平台建设的基本思路是建设一个集传输、交换、宽带接入及有线、无线通信为一体的综合现代通信网络，是一个类似于电信系统的全真式网络。该系统能够实现模拟网络运行，各个网络对接，并能够完成每种设备平台的实训与研究。通过该实验系统，让学生从软件到硬件全方位感受现代通信的真实环境，对所学专业有直观的认识及深入的了解，提高专业素质，锻炼动手能力，把学生培养成符合社会需求的综合型、应用型通信技术人才。

3综合通信网络实验平台的建设方案与内容

建设方案既要技术先进，又要经济合理，通过反复多次的论证，提出了适应现有资金条件，适合当代通信技术发展的综合通信实验平台。整个平台由SDH传输网、程控交换网、移动无线接入网、EPON光接入网、网规、网优等系统构成。

3.1 网络拓扑结构网络拓扑结构如图1所示。

图1 综合通信网络实验平台拓扑图

3.2 光传输系统

光传输系统是整个实验网络的核心，沟通了各模块之间的通信联络。系统采用SDH技术，由3台STM-1设备构成环形网络。SDH技术是目前通信网络的主流技术，它以其突出的技术优势为网络提供优质、高效、可靠的通信业务，能够满足宽带数据及视频图像等多业务的传输需求，自愈功能强。掌握传输技术对通信工程专业的学生来说，是非常重要的。

传输系统选用华为公司的Optix155/622HMetro1000型设备，主要功能及配置如下：

(1)系统高阶交叉能力为136×136VC4，低阶交叉能力1638×1638VC12。

(2)单台传输系统配置STM-1光接口2个，E1接口21个，FE接口数量为4个，支持155M至2.5G光速率的在线升级能力。

(3)具备多业务处理能力，提供多路E1，T1，E3和T3业务及各种音频接口，数据接口功能。

(4)系统采用MSTP第三代技术，支持以太网信号的汇聚、二层交换和VLAN。

(5)传输系统配备了设备级管理软件，在提供完备的网元级管理功能的同时，提供了网络层管理功能，支持传统业务的端到端管理。

(6)整个传输网络保护机制健全，交叉、时钟、电源均采用1+1保护措施，具备强大的告警分析和故障自动诊断功能，提高了网络系统的安全性和可靠性。

3.3 程控交换系统

程控交换系统采用华为公司C&C08程控交换设备，通过传输网络及其他配合设备构建一个完全模拟实际应用的，具有局间交换、远端接入功能的完整交换网络。主要配置为：

(1)系统交换能力为16K×16K，配置模拟电话用户96路，数字中继120DT(最大可扩充至50000线模拟用户及10000线数字中继)。

(2)提供中国1号信令、7号信令，满足局间通信的要求；提供语音业务及其他综合接入业务，配置各种接口。

(3)提供设备级网管软件，可对硬件设备进行设置、配置， 进行信令的观测、跟踪等。

3.4 TD-SCDMA移动通信无线网络系统

TD-SCDMA技术是目前广为使用的新技术，大幅提升了数据传输速率，实现了移动宽带，能够处理图像、音乐、视频等多种媒体形式，提供网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。

系统由TD-SCDMA无线侧基站控制器单元(RNC)、无线侧基带处理及射频单元(Node B)及无线网络操作维护中心(OMC-R)等主要设备及相关系统软件组成。

TD-SCDMA无线侧基站控制器单元(RNC)采用华为公司新一代基站控制器DRNC820型设备，该设备集成度高、容量大、可靠性好，可以满足未来高速分组业务发展，大大提升TD-SCDMA全系统的带宽和容量。系统采用MAIO(Multiple Access To I n One)技术，统一ATM，TDM和IP交换体系，既支持对2G传输资源的前向兼容，也支持向全网IP的演进。设备采用模块化设计，支持单框解决方案与平滑升级；采用双平面GE Star交换网，可提供最大120Gbps的交换容量；接口丰富，可提供多种组网方式。

TD-SCDMA无线侧基带处理及射频单元采用业界技术领先的多形态统一模块设计，具有体积小、容量大、功耗低、安装灵活的特点，最大可支持36载扇的TD-SCDMA基带处理能力。

操作维护系统主要完成软件管理、故障管理、性能管理、测试管理、传输管理等功能。

3.5 EPON光接入系统

EPON光接入系统采用华为公司MA5680T型设备，具备多种丰富的功能特性，可提供大容量、高速率、高带宽的语音、数据和视频业务接入。设备为GPON/EPON一体化设备，满足用户扩容升级需要；系统能力满足背板交换容量为275Gbps，业务交换容量双向为68G；单框可支持ONU/ONT数为7168；支持3层特性，支持RIPV1/V2和OSPF路由协议；满足多种FTTx组网应用，满足基站传输、IP专线互联、批发等业务组网需求。

3.6 网规网优系统

无线网络测试系统选用鼎利公司的测试软件，具备完善的GSM/GPRS/TD-SCDMA/HSDPA网络测试功能。能够提供多种测试方法。

3.7 专用e-bridge实验软件

由于本次实验平台选用的硬件设备均为商用设备，所以要考虑整个网络系统如何适合于学生进行实验，一般来说，实际商用设备的管理终端数只有一个，这样对于有40名学生的班级来说，需要分40组，显然不现实。讯方公司研发的专用e-bridge实验软件，解决了多人操作的问题，满足每个系统平台可以40名学生进行实验操作，把商用设备转化为适合高校教学的实验设备。

专用e-bridge实验软件具备实验过程控制功能，实验教师可灵活分配实验项目和实验时间，可以调整每组学生的实验时间，软件能同时满足多人多次上机实验的要求。

综合实验平台系统组成除配置以上设备、软件外，还考虑设置了通信电源设备、光纤配线架、数字配线架、音频配线架等其他配合设备。

4实验项目内容

整个实验系统通过通信网管软件，可满足40个学生终端进行实验操作，可开展的主要实验项目内容如下：

(1)SDH光传输系统：①传输设备配置实验：通过传输网管软件对设备进行操作加载及维护；硬件数据配置、分配功能模块资源等；②组网实验：可进行SDH链型网、环型网组网配置；③通道保护实验：通过对传输光口、逻辑系统、保护制式的设定，实现通道保护和复用段保护机制的实验；④网管操作实验；⑤开销分析实验：⑥传输复用解复用字节分析实验等。

(2)程控交换系统：①交换机硬件配置实验：通过交换机网管软件对设备进行操作加载及维护；分配各个功能模块资源；②用户实验：配置、分析用户及号码；本局用户新业务设定及注册等；③电话呼叫处理实验：观察呼叫处理过程、信号流程；④局间中继信令系统实验：包括NO1和NO7中继调试，局向设置、路由选择，观察计发器信令流程及出局呼叫过程；⑤计费系统实验；⑥全局综合业务实验等。

(3)RNC系统实验：①数据配置实验：对RNC设备状态、网络结构、后台数据库进行配置；②链路、通道信息配置；③小区参数配置、优化、参数测试实验；④RNA网络结构实验；⑤手机注册、呼叫、切换流程分析等实验。

(4)网优、路测实验内容：①手机终端的测试：包括呼叫、数据业务、手机强制测试等；②室内、楼宇、楼层测试、数据分析；小区覆盖测试分析；③邻区优化测试，2G/3G系统间邻区优化分析；④网优综合测试实验等。

(5)其他操作实验：线缆布放、光纤接续、光缆终端盒接续等实验。

5综合通信网络实验平台的特色

(1)技术新，功能强，适用面宽。该实验平台模拟现代通信网络系统，集传输、交换、移动通信于一体，可进行通信工程课程实验、毕业设计、专业实习等综合实训内容。

(2)内容广泛、系统性强。以往的实验内容基本以验证为主，综合通信网络实验平台的建成，提供了丰富、宽泛的实验内容，可开展大量的综合型、设计型、研究型实验，为师生提供了全程全网的实验环境。

(3)系统配置高、操作性好。整个平台硬件设备技术先进，软件管理功能全面，可为学生提供良好的实验操作条件。

综合通信网络实验平台的建设，从方案确定到设备选型、系统配置，思路明确、定位准确，建立了完善的实验系统，提升了实验内容的综合程度，促进了理论与实践的结合，必将为提高学生的创新思维、综合能力，提高实践教学质量起到重要的作用。

参考文献

[1] 黄熙岱.高校通信工程专业实践教学体系构建的研究[J].中国现代教育装备，2010，17：140～141

[2] 丁永红，尤文斌.高校专业实验室建设与实验教学改革探讨[J].中国教育技术装备，2010，30：93～94

[3] 张立民，隋燕，李维祥.电子信息类综合性系统实验的教学改革与探索[J].实验技术与管理，2007，24(10)：118～120

[4] 董介春，张体强，于瑞涛.基于大工程观的通信专业实验教学改革[J].实验技术与管理，2010，27(1)：113～116

无线通信技术实验篇6

关键词　无线通信技术　发展　现状　趋势

当今，全球无线通信产业的两个突出特点体现在：一是公众移动通信保持增长态势，一些国家和地区增势强劲，但存在发展不均衡的现象；二是宽带无线通信技术热点不断，研究和应用十分活跃。

1　无线通信技术的发展

随着国民经济和社会发展的信息化，人们要通信息化开创新的工作方式、管理方式、商贸方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、医疗保健方式以及消费与生活方式。无线通信也从固定方式发展为移动方式，移动通信发展至今大约经历了五个阶段：

第一阶段为20年代初至50年代初，主要用于舰船及军有，采用短波频及电子管技术，至该阶段末期才出现150MHZ VHF单工汽车公用移动电话系统MTS。

第二阶段为50年代到60年代，此时频段扩展至UHF450MHZ，器件技术已向半导体过渡，大都为移动环境中的专用系统，并解决了移动电话与公用电话网的接续问题。

第三阶段为70年代初至80年代初频段扩展至800MHZ，美国Bell研究所提出了蜂窝系统概念并于70年代末进行了AMPS试验。

第四阶段为80年代初至90年代中，为第二代数字移动通信兴起与大发展阶段，并逐步向个人通信业务方向迈进；此时出现了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM／DCS、cdmaOne、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS等各类系统与业务运行。

第五阶段为90年代中至今，随着数据通信与多媒体业务需求的发展，适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第三代移动通信开始兴起，其全球标准化及相应融合工作与样机研制和现场试验工作在快速推进，包括从第二代至第三代移动通信的平滑过渡问题在内。

2　现代无线通信技术分析

2.1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。比如3G和WLAN、UWB等，都可实现互补效应。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。因此，在政策上我们应该综合推进各种无线接入的发展，推进组网的一体化进程，通过建网的接入手段多元化，实现对不同用户群体的需求覆盖，达到市场细分和业务的多元化，解决移动通信发展不均衡的状况。

2.2给企业配置更多的无线频率资源，推进不同技术相关频谱的规划和应用工作。这样才有利于不同的企业根据不同的发展策略和市场需求，综合地规划自己的无线通信网络，实现资源的有效配置和利用。当然，政府也需要加强对有限频率资源的管理，对于企业闲置不用的频率占用，考虑适当的手段予以收回。

2.3从公众移动通信网络发展来看，3G已经成为全球包括中国移动网络演进的主要进程。从欧美发达国家的经验来看，由于其移动话音用户的普及率高，通过发展用户实现增长的模式已成为历史。因此，他们期望通过3G搭建更大的业务平台，从而实现利润的新来源。由于3G技术的成熟，目前3G商用网络部署已经在全球范围内启动。就我国而言，也要借鉴欧美的经验，在用户数量增长放缓之前，就应提前培育新兴移动市场。目前，政府应该开始积极考虑3G牌照发放和商用问题，把握住这个移动业界的巨大历史机遇。

2.4从宽带无线接入技术来看，全球该领域发展十分火热。该领域的发展呈现出向高带宽快速跃进、覆盖范围逐步扩张的趋势。未来，该领域还可能出现更强大的新技术，从另一个角度对整个无线通信产业起到推进作用。但从近期来看，我们对宽带无线接入技术发展应该有一个理性的态度和科学的把握。目前的宽带无线接入技术主要集中在固定环境下的高速接入，其移动性和话音支持能力无法和公众移动通信网络抗衡。在发展中，我们应该从全局的观点来把握，使之成为与移动网络互补的重要技术手段，这样既可以充分发挥其技术个性，又防止出现不必要的资源竞争和浪费。

2.5移动与无线技术在演进中走向融合。当前，移动、无线技术领域正处在一个高速发展的时期，各种创新移动、无线技术不断涌现并快速步入商用，移动、无线应用市场异常活跃，移动、无线技术自身也在快速演进中不断革新。在网络融合的大趋势下，3G、WiMAX、WLAN等各种移动、无线技术在演进中相互融合。

在多元融合的大趋势下，3G、WiMAX、WLAN等各种无线技术在竞争中互相借鉴和学习，涌现出了同时被上述无线技术采用的新型射频技术，如MIMO和OFDM技术等。与此同时，在以ITU和3GPP／3GPP2为引领的蜂窝移动通信从3G到E3G，再走向B3G／4G的演进道路上，以及IEEE引领的无线宽带接入从无线个人域网到无线局域网、无线城域网，再到无线广域网的演进道路上，都开始增加对方的内容，例如：移动通信不断强化宽带传输性能，无线宽带接入不断增强漫游性能以及安全性能。

借鉴WiMAX的高速数据传输特性，蜂窝移动通信启动了LTE，即“3G长期演进”项目，用以增强宽带传输性能。LTE的确立，令蜂窝移动通信系统的技术线路与定位为“低移动性宽带接入”的WiMAX有了很多的相似之处。

在“无线+宽带”的大趋势下，无论是蜂窝移动通信技术还是WiMAX、WLAN等无线宽带技术，都面临着同样的考验：信道多径衰落和频谱效率。在这样的情况下，OFDM和MIMO就成为各种无线技术的共同选择。OFDM在解决多径衰落问题的同时，增加了载波的数量，造成了系统复杂度的提升和带宽的增大；MIMO则能够有效提高系统的传输速率，在不增加系统带宽的情况下提高频谱效率。因此，OFDM和MIMO的结合，成为推动“无线+宽带”发展的重要力量。

2.6更远的未来，按当前专家们的预想，通信信息网络将向下一代网络NGN融合。在未来NGN概念中，固定网络将形成一个高带宽、IP化、具有强QoS保证的信息通信网络平台。在这一平台上，各种接入手段将成为网络的触手，向各个应用领域延伸。而3G、宽带固定无线接入、各种无线局域网或城域网方案，都将成为大NGN平台的延伸部分。从而形成集固定无线手段于一体，各种接入方式综合发挥效用，各种业务形成全网络配置的一体化综合网络。当然，这一进程将是漫长的，也必将遇到很多挫折。

由于无线通信网络存在的带宽需求和移动网络带宽不足的矛盾，用户地域分布和对应用需求不平衡的矛盾以及不同技术优势和不足共存的矛盾，因此，决定了发展无线通信网络需要综合运用各种技术手段，从全局和长远的眼光出发，采取一体化的思路规划和建设网络。发挥不同技术的个性，综合布局，解决不同区域、不同用户群对带宽及业务的不同需求，达成无线通信网络的整体优势和综合能力。对此，我国政府管理部门也应该积极为运营商配备充足的频谱资源，为其综合规划提供有力的支撑和保障。

小结

无线通信技术实验篇7

1 智能天线技术的起源与发展

智能天线的概念是二十世纪80年代末到90年代初提出的。广义的智能天线可以理解为能够收集、处理信息并利用已获得的知识自动调整结构参数以适应不同情况的天线。目前大家讨论的智能天线系统都与移动，特点是蜂窝移动系统紧相连，一般指由多个天线单元组成的天线阵列系统。它可以利用数字信号处理技术的多个不同的用户产生多个不贩空间波束。每个波速的最大方向自动地对准各自用户的方法，而把零接收方向对准干扰方向，从而提高移动通信系统的性能。

近年来大量的研究表明，智能天线可以在以下方面提高未来移动通信系统的性能：（1）扩大系统的覆盖区域；（2）提高系统容量；（3）提高频谱利用率；（4）减少信号间干扰（如同信道干扰、多址干扰和多径干扰等）；（5）降低基站发射功率，减少电磁环境污染。

智能天线最初以自适应天线的形式广泛应用于雷达、声纳及军事通信领域。由于价值等因素一直未能普及到其他通信领域。近二十年来，移动通信事业飞展，移动礁用户呈爆炸性增长，通信资源匮乏日益严重，通信容量不足、通信质量下降等成亟待解决的问题。如何消除同信道干扰、多十干扰与多径衰落的影响成为提高无线通信系统性能考虑的主要因素。自二十世界80年代开始，即第一代蜂窝移动通信系统开始，人们便开始探讨利用自适应天线消除同信道干扰和多径衰落的影响、获得多分集增益。到二十世纪90年代初，这一思想发展为智能天线的概念；二十世纪90年代末，随着软件无线电技术的发展，人们进一步提出了软件天线的概念。近年来，由于数字信号处理技术的迅速发展，数字信号处理芯片处理能力不断提高，使利用数字技术在基带进行波束成形成为可能，由此代替了以往在射频段利用模拟电路进行波束成形的方法，而且天线系统更加可靠和灵活。由于数字信号处理芯片的价格和性能已为现代通信系统所接受，智能天线技术的研究开始从军事领域向民用移动领域转移，智能天线技术在移动通信中的应用研究迅速发展并显示出了巨大的潜力。

图1

2 智能天线实验平台的研究概况

目前智能天线的研究主要沿着以下几个方向开展：一是研究智能天线对现代移动通信信息的作用，利用仿真或理论研究的方法探讨应用智能天线对移动通信系统的抗干扰能力、系统容量、抗多径衰落能力的改善；二是智能天线基础理论的研究，主要研究智能天线的控制算法，利用理论和仿真的方法，结合的移动通信系统，研究快速高性能的智能天线新算法；三是建立智能天线硬件实验平台（测试床），在实际的电磁环境下测试各种天线阵列、智能天线控制算法的性能， 以确定智能天线的解决方案，并着手解决智能天线实用化的技术问题（如阵列单元的互耦、各着手解决智能天线实用化的技术问题（如阵列单元的互耦、各单元通道不一致性的实时校准技术等）。

要使智能天线技术的移动通信领域得到应用，单靠理论和仿真研究是不够的。智能天线硬件实验平台是研究智能天线技术强有力的手段。世界各种都十分重视智能天线实验平台的建设。目前，实验平台大都采用基带上实现数字波束合成技术的方案，即上行接收时每个天线阵列单元输出下变频到中频，然后进行模拟的开交检测（I/Q检测），对模拟的I/Q信号数字化后进行数字波束成形（DBF）；下行发射时在数字波束成形器中形成各天线单元的数字基带信号（数字化I/Q信号），经D/A变换后形成模拟I/Q信号，然后进行I/Q调制和上变频，再送到天线单元辐射。这样的方案对A/D、D/A和数字信号处理芯片的要求比较低，使用目前的技术容易实现。数字波束成形器和自适应控制采用FPGA、DSP芯片或计算机实现。

欧洲主委员会在RACE计划中实施了一项称为TSUNAMI的智能天线技术研究项目，建立一个智能天线测试床，由8个阵元分别组成直线形、圆形和平面形阵列。阵元间距可调，工作频率1.89GHz，数字波束成形采用ERA公司的专用ASIC芯片DBF1108、TMS320C40DSP芯片作为中央控制。

日本ATR光电通信研究所研究用于卫星通信的多波束智能天线，采用4×4平面微整天线方阵，工作频率1.545GHz，天线数字信号处理部分由10片FPGA完成。

美国奥斯汀德州大学Guanghan Xu教授带领的电子工程研究实验室分别建立工作在1.5GHz、900MHz和1.8GHz的智能天线试验床（Testbed）。其中900MHz的智能天线为相距半波的八单元微带天线阵，阵列为均匀直线阵。智能天线控制单元是Sparc10工作站，带有8GB的硬盘和96MB的RAM，A/D的采样速率为5MHz，而D/A的采样速率为2.5MHz，A/D和D/A的数据由工作站通过两个速率为40Mbps的I/O口进行读写；1.8GHz的智能天线也采用8个微带天线作为阵列单元，排列成均匀直线阵，用一台PC机控制一块带有两片Analog Devices公司的SHARC 20160浮点DSP的DSP板作为智能天线的控制单元，其结构与900MHz的结构相似，只是每一通道的A/D与D/A是以总线方式与DSP板交换数据，A/D采样速率为3.072MHz。

清华大学冯正和教授领导的智能天线课题组也完成了一个智能天线的实验平台，采用嵌入式和总线结构，并进行了大量实验。

随着软件无线电技术的发展，智能天线已尼可以在软件无线电平台上实现。现代的软件无线电设备提供了对智能天线技术的支持，如频谱信号处理有限公司开发的SDR-3000软件无线电平台，它包含FlexComm TM1-3100转换模块、PRO-3100可编程I/O模块、PRO-3500基带处理模块，分别实现数模变、通道化和预处理、基带处理功能。组成智能天线系统时，阵列单元接到相参射频收发器，这些收发器使用公共的基准信号和本振信号进行相参操作，保持信号间的相位关系；中频信号接到多个转换模块，同时还一个10MHz的基准信号和一个时间戳输入到转换模块，保证模数、数模转换的相参关系；变换后的数据在多个I/O模块进行信道化，然后在基带处理模块实现数字波速成形和信号的调制解调；为保证信道化操作和波束成形时各通道的相参操作，进出I/O模块的信号都打上时间戳标记。

3 一个实用的智能天线实验平台方案

为了开展智能天线技术研究，结合实际情况，笔者设计了一个基于TI公司TMS320C6701数字信号处理器的智能天线实验平台。该平台采用8单元天线阵列，工作频率为2.4GHz，采样速率为1.5MHz，采用TI公司的TMS320C6701EVM作为数字波束成形和控制算法实现单元，用于在实际信号环境下智能天线控制算法测试，MIMO技术研究和基他阵列信号处理技术的研究。实验平台的上行通道如图1所示，下行通道如图3所示。

试验平台的波束成形和控制算法采用TI公司的TMS320C6701EVM（评估板）实现。TMS6701是一种新型的浮点DSP芯片，内部集成了2个乘法器和6个算术运算单元，采用VelociTI超长指令字（VLIW）结构，一条指令字（256bit）组合了8条32位指令，可在一个时钟周期内北朝鲜行执行8条指令，峰值运算能力为1336MIPS，对于单精度运算可达1GFLOPS，对于双精度运算可达250MFLOPS。

TMS320C6701EVM是TI公司为方便用户开发、分析、试验C6x系列数字信号处理算法和应用的一个目标平台。它带有1个64K×32位SBRAM、2个1M×32位SDRAM、16位声频双声道A/D和D/A变换器，同时带有PCI接口，可直接插在PC机的PCI插槽，通过PCI接口。计算机可以上载程序和直接实时访问评估板睥资源，采用TMS320C6701EVM评估板进行智能天线波束成形和控制，可以极大地方便智能天线试验平台的实现。

3.1 上行通道

图1给出了智能天线试验平台上行通道的方框图。从天线阵列单元接收的射频信号经过MAX2644低噪声放大器（LNA）放大后进入MAX2701零中频I/Q解调器进行I/Q解调，各通道I/Q解调器所需的本振信号由一个公共的信号源提供，以保证各通道的相位关系；解调出的基带I/Q信号由TI公司的A/D转换器THS1206变成数字信号。同样，为保证A/D变换后各通道的相位关系保持不变，各路A/D变换采用统一的采样时钟。为简化电路设计，笔者用C6701DSP上的定时器为各路A/D变换器提供统一时钟；各通道的数字化基带信号通过C6701EVM评估板的子接口（EMIF总线）输入到TMS320C6701数字信号处理器，C6701实现数字波速成形和智能天线算法，C6701EMV评估板托运计算机的PCI总线上，计算机通过PCI总线分析显示阵列合成结果并实时监测接收信号。与此同时，C6701EVM产生AGC控制信号，通过McBSP送到AGC控制电路产生各通道的AGG电压，控制I/Q解调器AMX2701的增益。

3.1.1 A/D变换电路

A/D变换电路由TI公司的THS1206实现。这是一片高速四通道12位模数转换电路。四个通道可以用同一时钟同时采样保持，再分别进行A/D变换，从可保持各通道信号的相位关系。当只用一个通道时，最高变换速率为6MSPS；作双通道使用时为3MSPS；当四通道同时使用为1.5MSPS。片上带有16字12位的FIFO，使A/D变换数据可以整批传送，实现高速数据传输。这一特性使它适于通道I/Q信号的变换。在本智能天线平台中采用四片THS1206，实现八元天线阵列基带信号的1.5MSPS A/D变换，也很容易配置成四元天线阵列3MSPS的A/D变换或二元天线阵列6MSPS的A/D变换。

THS1206内部的FIFO安排成环形，采用读取点、写入点和触发点控制读写操作，如图2所示。芯片的转换时钟CONV_CLK控制采样保持和A/D变换，CONV_CLK让四个通道的信号同时采样保持，然后分别转换为数字信号并自动顺序写入FIFO，同时FIFO的写入点向前移动，指示下一个写入点；当FIFO内的数据达到预定的触发深度时，发出数据就绪信号DATSA_AV发出，DSP读取转换数据，同时清除DATA_AV信号，读取点和触发点向前移动。芯片的工作方式由两个寄存器控制，通过写寄存器，可以选择使用通道、工作模式、FIFO触发深度、DATA_AV的极性与触发方式等。

THS1206可以与C6701直接接口。在本智能天线实验平台中，四个THS1206芯片的RD、WR、CS0和DATA分别接C6701EVM子卡接口的ARE、AWE、CE1和数据总线的D0-D11，THS1206的CS1分别接C6701不同的地址线，而DATA_AV分别接C6701不同的中断输入，所有THS1206的转换时钟CONV_CLK则定时器0输出TOUT0统一提供。

3.1.2 上行射频通道

上行射频通道由MAX2644低噪声放大器（LNA）和MAX2701零中频I/Q解调器组成。MAX2644工作于2.4GHz，噪声系数2dB，提供16dB的增益。MAX2701是工作在2.1-2.5GHz的高线性直接正交正变频器，利用外部提供的本振信号（LO），直接把2.4GHz的信号解调为基带的I/Q信号，3dB基带带宽大于56MHz，全通道总增益大于110dB，AGC控制范围大于60dB。由于采用零中频结构，不需要中频滤波器和下变频和中频，使射频通道的结构大为简化。由于零中频结构没有镜像干扰，对射频滤波器的要求大为降低。MAX2701的三部分组成：低噪声放大器、正交正变频器（I/Q解调）、三级可控增益基带放大器。进入MAX2701的射频信号先进过LNA放大，经一个外部的射频滤波器滤波后由I/Q解调器变为基带I/Q信号，然后由三级基带放大器放大，再经我外接抗混迭滤波器滤波后输入到A/D变换电路。

3.2 下行通道

3.2 下行通道

图3给出智能天线实验平台下行通道的框图。待发送数据由计算机通过PCI总线传给C6701EVM评估板，C6701DSP根据波速成形的需要生成各通道所需的数字基带I/Q信号；D/A变换器DAC2902把数字基带I/Q信号变成模拟I/Q信号，为了保持各通道信号的相位关系，各路D/A变换器采用统一的时钟启动、D/A变换，各路D/A变换器的控制信号由D/A变换控制电路产生；各通道模拟I/Q信号由零中频I/Q调制器MAX2721上变频到2.4GHz的射频信号，经过功率放大器MAX2242放大后送到天线阵列辐射，经过功率放大器MAX2242放大后送到天线阵列辐射，经过功率放大器MAX2242放大后送到天线阵列辐射，形成下行波束；各通道I/Q调制顺所需的本振信号由统一的信号源产生以保证各通道的相位关系；C6701EVM通过McBSP发送命令到功率控制电路产生控制信号到MAX2721的功率控制端，控制天线阵列的输出功率。

3.2.1 D/A变换电路

D/A变换器采用TI公司的DAC2902实现。DAC2902是双通道高速数模转换器，带有两个独立的12位D/A转换器，变换速度达125MSPS.它的两个通道对称性较好，适用于通信上I/Q通道的D/A转换。DAC2902采和平均电流输出，通过外接电阻，满幅度电流2mA-20mA可调：

IoutFS=32·Vref/Rset

D/A的电流输出可以驱动负载电阻获得电压输出：

Vout=Iout·Rload=IoutFS·(Code/4906)·Rload

DAC2902两个D/A通道分别使用两个独立的12位并行数据输入口，并带有各自的写信号（WRT1、WRT2）和时钟（CLK1、CLK2）输入。WRT的上升沿把数据总线上数据锁入内部的输入锁存器，在WRT下降沿把数据输出至DAC锁存器的输入端；在CLK的上升沿把该数据锁存到DAC锁存器，开始D/A变换。因此DAC2902的D/A转换由CLK的上升沿触发。

图3

    在本智能天线实验平台中，采用8个DAC2902实现八个通道D/A转换。为了实现各通道的相参操作，各通道DAC2902的CLK信号都由C6701EVM的定时器输出TOUT0提供，而各通道的WRT信号由数模转换控制电路通过组合各自D/A通道地址和AWE信号产生：WRT通道I=/AWE·地址通道。DSP把各通道输出的数据写入各DAC2902的输入锁存器，然后由TOUT0触发，同时启动D/A变换。

3.2.2 下行射频通道

下行射频通道由直接（零中频）I/Q调制器MAX2721和功率放大器MAX2242组成。MAX2721工作在2.1-2.5GHz，由I/Q调制器、可控增益射频放大器VGA和预功放（PA Driver）组成，输入I/Q信号把外部输入的本振信号（LO）进行I/Q调制，调制后经VGA和预功放放大驱动功放MAX2242功率放大，由天线辐射。MAX2721的基带I/Q输入信号的3dB带宽40MHz，载波抑制30dBc，边带抑制35dB,VGA增益控制范围35dB，输出功率-5dBm。功率放大器MAX2242工作在2.4-2.5GHz，提供28.5dBm功率增益和22.5dBm的线性输出功率。8个射频通道LO由同一信号源通过分支器提供，以保证各通道相参操作。

智能天线实验平台所用的THS1206、DAC2902、MAX2701、MAX2721、MAX2242和MAX2644、MAXIM和TI公司提供了相应的评估模块（EVM或Evkit），用于评估对应芯片性能。智能天线实验平台可以采用这些评估模块进行构建，极大地方便了线实验平台的实现。

无线通信技术实验篇8

【关键词】 4G无线互联网 安全 接入技术

本文主要分析与探讨4G无线网络安全接入技术。

一、4G无线网络安全接入安全概述

4C无线网络接入的过程中，同样也面临着各种各样的安全威胁，一方面是其ME面临着一定的安全威胁，主要表现为IMSI被截获和UE潜形式的被跟踪，并对用户的信息进行暴露，难以从根本上保证用户信息的真实性。而无线接入网络中的安全威胁，同样也有移动性的管理和对其基站的攻击，这种攻击不仅仅将Dos攻击实现，同时也使得攻击者在安全性相对较弱的网络中对用户的通信加以截获，进而使得其受到更加严重的安全攻击。

二、4G无线网络安全接入技术的理论基础

2.1 自证实公钥系统

白证实公钥系统在实际的注册过程中，用户通过对自己的私钥加以选定.并对离散对数困难问题加以解决，系统中心在某种程度上难以从数据中心对用户的私钥进行接收，同时也不能对其签名进行冒充伪造，这种公钥系统往往有着相对较高的安全性。

2.2 安全协议

安全协议主要采取密码算法，并对其发送的消息进行高强度的加密，安全协议在将不可信网络通信参与方之问的安全通信实现的过程中，主要有建立于会话密钥的一种密钥交换协议和结合认证协议的一种认证密钥交换协议。而安全协议在实际的设计过程中，主要是对模型检测方法和其安全性协议分析方法加以采用，并将协议安全性的分析更加的具有规范化和科学化。

4G无线网络安全接入技术在实际的应用过程中，主要借助于网络平台上的相关系统，并做好自证实公钥系统的控制，严格的遵守相关安全协议，进而实现数据加入和传输过程的安全性。4G技术当前的基本应用可以从移动通信行业的发展历程中窥见一二，对4G技术的应用认知更多的还是集中在通信领域，虽然目前还存在不少问题影响该技术的推广、普及与应用效率，但是假以时日，通过改善探索那些阻碍4G技术发展的瓶颈必然会被突破。比如当前移动通信行业备受关注的4G通信服务，以移动、电信、联通等为代表的通信运营商在取得4G牌照后展开了激烈的市场竞争，几大运营商对于4G通信技术高度重视，在OTT业务发展影响下用户黏性的降低意味着4G技术应用竞争必然会面临更加严酷的挑战，因此如何与OTT业务发展保持平衡、解决收费问题成为了未来竞争的关键，也是真正发挥4G通信技术经济价值与社会价值的实践探索核心。

三、4G技术发展现状

4G技术发展到现在，在移动通信领域占据了重要地位，分析其技术发展现状对于未来改善探索有重要意义。

现行应用的4G技术主要以通信服务为主，比如IPv6为该技术提供统一地址支持，通过自动配置功能实现地址唯一，其高级别的服务能力满足移动用户不同位置同等通信信号的服务质量，保障了信息传输速率与质量；

4G技术中SA（智能天线）技术可有效屏蔽外界干扰信号，保障技术运行的健康环境，还可对相关数据信号做自动跟踪，有利于通信定位服务；

OFDM（正交频分复用技术）利用信息算法通过改变正交分割信道完成高速信号的转化，形成具有低速特性的信息流完成信道的合理分配，在增强信号传递能力的同时也保障了高速传输效率，避免了不同信道之间的交叉干扰。联合运用共同构成了现今的4G移动通信技术，引领着当前通信领域行业发展，不仅超越3C技术带来更加优越的用户体验，且为通信服务的升级、服务形式多样化提供了更多可能性，是未来移动领域通信技术实践的主要方向。

4G技术当前的基本应用可以从移动通信行业的发展历程中窥见一二，对4G技术的应用认知更多的还是集中在通信领域，虽然目前还存在不少问题影响该技术的推广、普及与应用效率，但是假以时日，通过改善探索那些阻碍4G技术发展的瓶颈必然会被突破。

比如当前移动通信行业备受关注的4G通信服务，以移动、电信、联通等为代表的通信运营商在取得4G牌照后展开了激烈的市场竞争，几大运营商对于4G通信技术高度重视，在OTT业务发展影响下用户黏性的降低意味着4G技术应用竞争必然会面临更加严酷的挑战，因此如何与OTT业务发展保持平衡、解决收费问题成为了未来竞争的关键，也是真正发挥4G通信技术经济价值与社会价值的实践探索核心。

四、4G无线网络安全接入技术的认证新方案

现如今，基于移动网络的特殊需求和特点，4G无线网络安全接入技术更是本着适应终端移动性和漫游性的基本原则，对用户首次接入网络、再次接入网络以及漫游切换场景进行不同的验证，并借助于相关的技术，将其认证的效率显著提高。

4.1 参数的基本概述

4G无线网络安全接入技术认证方案中的参数主要有|x|也即是x的长度，ME首先就要对私钥急性选定，也即是XME，并依据于将vME计算出，其次就要将IDME、IDHE、以及VME发送给TA。一旦TA受到消息之后，就要依据于YME=（VME-IDME-IDHE）dmodn将公钥YME再次计算出，并将其公钥发送给ME，ME受到公钥之后，并对等式进行验证，一旦验证成功，其移动终端将会获得公钥YME和私钥XME。

4.2 首次接入认证和切换接入认证

4G无线网络安全接人中的首次接入认证和切换接入认证的过程中，其主要的认证过程图如1所示。

4.3再次接入认证

对于移动通信环境而言，往往需要频繁的验证，将会带给系统相对较大的负担，一旦连接的用户数增多的过程中，系统运行的负荷相对较大，而再次接入认证场景的认证过程有着一定的简便性。再次接入场景下的认证过程中，首先对ME在首次切换接入认证之后，将会自动的再次将其接人统一网络，借助于临时身份TIDME对自己的TDME进行代替，并进行再次介入认证，对ME的身份隐私进行保护，经攻击者通过已经攻陷的会话密钥网络交互的风险降低。

五、总结

4G技术在抗干扰方面的卓越表现促使通信零干扰成为发展主流，确保了通信质量有利于营造良性的通信环境，是未来技术探索改革的一大侧重点。