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隨著國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的信息化,人們要通信息化開創(chuàng)新的工作方式、管理方式、商貿(mào)方式、金融方式、思想交流方式、文化教育方式、醫(yī)療保健方式以及消費與生活方式。無線通信也從固定方式發(fā)展為移動方式,移動通信發(fā)展至今大約經(jīng)歷了五個階段:
第一階段為20年代初至50年代初,主要用于艦船及軍有,采用短波頻及電子管技術(shù),至該階段末期才出現(xiàn)150MHZVHF單工汽車公用移動電話系統(tǒng)MTS。
第二階段為50年代到60年代,此時頻段擴展至UHF450MHZ,器件技術(shù)已向半導(dǎo)體過渡,大都為移動環(huán)境中的專用系統(tǒng),并解決了移動電話與公用電話網(wǎng)的接續(xù)問題。
第三階段為70年代初至80年代初頻段擴展至800MHZ,美國Bell研究所提出了蜂窩系統(tǒng)概念并于70年代末進行了AMPS試驗。
第四階段為80年代初至90年代中,為第二代數(shù)字移動通信興起與大發(fā)展階段,并逐步向個人通信業(yè)務(wù)方向邁進;此時出現(xiàn)了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、cdmaOne、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS等各類系統(tǒng)與業(yè)務(wù)運行。
第五階段為90年代中至今,隨著數(shù)據(jù)通信與多媒體業(yè)務(wù)需求的發(fā)展,適應(yīng)移動數(shù)據(jù)、移動計算及移動多媒體運作需要的第三代移動通信開始興起,其全球標(biāo)準化及相應(yīng)融合工作與樣機研制和現(xiàn)場試驗工作在快速推進,包括從第二代至第三代移動通信的平滑過渡問題在內(nèi)。
2無線通信領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢
首先,無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍,不同的適用區(qū)域,不同的技術(shù)特點,不同的接入速率。比如3G和WLAN、UWB等,都可實現(xiàn)互補效應(yīng)。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求,WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入,而UWB可實現(xiàn)近距離的超高速無線接入。因此,在政策上我們應(yīng)該綜合推進各種無線接入的發(fā)展,推進組網(wǎng)的一體化進程,通過建網(wǎng)的接入手段多元化,實現(xiàn)對不同用戶群體的需求覆蓋,達到市場細分和業(yè)務(wù)的多元化,解決移動通信發(fā)展不均衡的狀況。
其次,我國政府應(yīng)該給企業(yè)配置更多的無線頻率資源,推進不同技術(shù)相關(guān)頻譜的規(guī)劃和應(yīng)用工作。這樣才有利于不同的企業(yè)根據(jù)不同的發(fā)展策略和市場需求,綜合地規(guī)劃自己的無線通信網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)資源的有效配置和利用。當(dāng)然,政府也需要加強對有限頻率資源的管理,對于企業(yè)閑置不用的頻率占用,考慮適當(dāng)?shù)氖侄斡枰允栈亍?/p>
其三,從公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展來看,3G已經(jīng)成為全球包括中國移動網(wǎng)絡(luò)演進的主要進程。從歐美發(fā)達國家的經(jīng)驗來看,由于其移動話音用戶的普及率高,通過發(fā)展用戶實現(xiàn)增長的模式已成為歷史。因此,他們期望通過3G搭建更大的業(yè)務(wù)平臺,從而實現(xiàn)利潤的新來源。由于3G技術(shù)的成熟,目前3G商用網(wǎng)絡(luò)部署已經(jīng)在全球范圍內(nèi)啟動。就我國而言,也要借鑒歐美的經(jīng)驗,在用戶數(shù)量增長放緩之前,就應(yīng)提前培育新興移動市場。目前,政府應(yīng)該開始積極考慮3G牌照發(fā)放和商用問題,把握住這個移動業(yè)界的巨大歷史機遇。
其四,從寬帶無線接入技術(shù)來看,全球該領(lǐng)域發(fā)展十分火熱。該領(lǐng)域的發(fā)展呈現(xiàn)出向高帶寬快速躍進、覆蓋范圍逐步擴張的趨勢。未來,該領(lǐng)域還可能出現(xiàn)更強大的新技術(shù),從另一個角度對整個無線通信產(chǎn)業(yè)起到推進作用。但從近期來看,我們對寬帶無線接入技術(shù)發(fā)展應(yīng)該有一個理性的態(tài)度和科學(xué)的把握。目前的寬帶無線接入技術(shù)主要集中在固定環(huán)境下的高速接入,其移動性和話音支持能力無法和公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)抗衡。在發(fā)展中,我們應(yīng)該從全局的觀點來把握,使之成為與移動網(wǎng)絡(luò)互補的重要技術(shù)手段,這樣既可以充分發(fā)揮其技術(shù)個性,又防止出現(xiàn)不必要的資源競爭和浪費。
其五,移動與無線技術(shù)在演進中走向融合。當(dāng)前,移動、無線技術(shù)領(lǐng)域正處在一個高速發(fā)展的時期,各種創(chuàng)新移動、無線技術(shù)不斷涌現(xiàn)并快速步入商用,移動、無線應(yīng)用市場異?;钴S,移動、無線技術(shù)自身也在快速演進中不斷革新。在網(wǎng)絡(luò)融合的大趨勢下,3G、WiMAX、WLAN等各種移動、無線技術(shù)在演進中相互融合。
在多元融合的大趨勢下,3G、WiMAX、WLAN等各種無線技術(shù)在競爭中互相借鑒和學(xué)習(xí),涌現(xiàn)出了同時被上述無線技術(shù)采用的新型射頻技術(shù),如MIMO和OFDM技術(shù)等。與此同時,在以ITU和3GPP/3GPP2為引領(lǐng)的蜂窩移動通信從3G到E3G,再走向B3G/4G的演進道路上,以及IEEE引領(lǐng)的無線寬帶接入從無線個人域網(wǎng)到無線局域網(wǎng)、無線城域網(wǎng),再到無線廣域網(wǎng)的演進道路上,都開始增加對方的內(nèi)容,例如:移動通信不斷強化寬帶傳輸性能,無線寬帶接入不斷增強漫游性能以及安全性能。
借鑒WiMAX的高速數(shù)據(jù)傳輸特性,蜂窩移動通信啟動了LTE,即“3G長期演進”項目,用以增強寬帶傳輸性能。LTE的確立,令蜂窩移動通信系統(tǒng)的技術(shù)線路與定位為“低移動性寬帶接入”的WiMAX有了很多的相似之處。
在“無線+寬帶”的大趨勢下,無論是蜂窩移動通信技術(shù)還是WiMAX、WLAN等無線寬帶技術(shù),都面臨著同樣的考驗:信道多徑衰落和頻譜效率。在這樣的情況下,OFDM和MIMO就成為各種無線技術(shù)的共同選擇。OFDM在解決多徑衰落問題的同時,增加了載波的數(shù)量,造成了系統(tǒng)復(fù)雜度的提升和帶寬的增大;MIMO則能夠有效提高系統(tǒng)的傳輸速率,在不增加系統(tǒng)帶寬的情況下提高頻譜效率。因此,OFDM和MIMO的結(jié)合,成為推動“無線+寬帶”發(fā)展的重要力量。
其六,更遠的未來,按當(dāng)前專家們的預(yù)想,通信信息網(wǎng)絡(luò)將向下一代網(wǎng)絡(luò)NGN融合。在未來NGN概念中,固定網(wǎng)絡(luò)將形成一個高帶寬、IP化、具有強QoS保證的信息通信網(wǎng)絡(luò)平臺。在這一平臺上,各種接入手段將成為網(wǎng)絡(luò)的觸手,向各個應(yīng)用領(lǐng)域延伸。而3G、寬帶固定無線接入、各種無線局域網(wǎng)或城域網(wǎng)方案,都將成為大NGN平臺的延伸部分。從而形成集固定無線手段于一體,各種接入方式綜合發(fā)揮效用,各種業(yè)務(wù)形成全網(wǎng)絡(luò)配置的一體化綜合網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然,這一進程將是漫長的,也必將遇到很多挫折。
由于無線通信網(wǎng)絡(luò)存在的帶寬需求和移動網(wǎng)絡(luò)帶寬不足的矛盾,用戶地域分布和對應(yīng)用需求不平衡的矛盾以及不同技術(shù)優(yōu)勢和不足共存的矛盾,因此,決定了發(fā)展無線通信網(wǎng)絡(luò)需要綜合運用各種技術(shù)手段,從全局和長遠的眼光出發(fā),采取一體化的思路規(guī)劃和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)。發(fā)揮不同技術(shù)的個性,綜合布局,解決不同區(qū)域、不同用戶群對帶寬及業(yè)務(wù)的不同需求,達成無線通信網(wǎng)絡(luò)的整體優(yōu)勢和綜合能力。對此,我國政府管理部門也應(yīng)該積極為運營商配備充足的頻譜資源,為其綜合規(guī)劃提供有力的支撐和保障。
總之,無線通信中期未來的發(fā)展趨勢表現(xiàn)為:各種無線技術(shù)互補發(fā)展,各盡所長,向接入多元化、網(wǎng)絡(luò)一體化、應(yīng)用綜合化的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,并逐步實現(xiàn)和寬帶固定網(wǎng)絡(luò)的有機融合。
關(guān)鍵詞:超寬帶(UWB)脈形調(diào)制(PSM)正交改進型hermite脈沖
超寬帶(UltraWideBand)作為一種新型的無線通信技術(shù)與傳統(tǒng)的通信方式相比有著很大的區(qū)別。由于它不需使用載波電路,而是通過發(fā)送納秒級脈沖傳輸數(shù)據(jù),因此該技術(shù)具有發(fā)射和接收電路簡單、功耗低、對現(xiàn)存通信系統(tǒng)影響小、傳輸速率高的優(yōu)點,此外它還具有多徑分辨能力強、穿透力強、隱蔽性好、系統(tǒng)容量大、定位精度高等優(yōu)勢。根據(jù)FCC的規(guī)定,從3.1GHz~10.6GHz之間的7.5GHz帶寬頻率都將作為UWB通信設(shè)備所使用。但出于對現(xiàn)存無線系統(tǒng)影響的考慮,UWB的發(fā)射功率被限制在1mW/MHz以下。
UWB是一種可以為無線局域網(wǎng)LAN、個人域網(wǎng)PAN的接口卡和接入技術(shù)帶來低功耗、高帶寬并且相對簡單的無線通信技術(shù)。它解決了困擾傳統(tǒng)無線技術(shù)多年的重大難題,開發(fā)了一個具有對信道衰落特性不敏感、發(fā)射信號功率普密度低、不易被截獲、復(fù)雜度不高等眾多優(yōu)點的傳輸技術(shù)。該技術(shù)尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入和軍事通信應(yīng)用中。
圖1
1基本概念
超寬帶(UWB)又被稱為脈沖無線電(ImpulseRadio),具體定義為相對帶寬(信號帶寬與中心頻率的比)大于25%的信號,即:
Bf=B/fc=(fh-fl)/[(fh+fl)/2]>25%(1)
或者是帶寬超過1.5GHz。實際上UWB信號是一種持續(xù)時間極短、帶寬很寬的短時脈沖。它的主要形式是超短基帶脈沖,寬度一般在0.1~20ns,脈沖間隔為2~5000ns,精度可控,頻譜為50MHz~10GHz,頻帶大于100%中心頻率,典型點空比為0.1%。
傳統(tǒng)的UWB系統(tǒng)使用一種被稱為“單周期(monocycle)脈形”的脈沖。一般情況下,通過隨道二極管或者水銀開關(guān)產(chǎn)生。在計算機仿真中用高斯脈沖來近似代替它。由于天線對脈沖的影響不同,所以可以假設(shè)發(fā)送脈沖為:
而接收端收到的信號為:
tc是脈沖的時移,2tau為脈沖的寬度。圖1給出了發(fā)射脈沖和接收脈沖的時域脈形。
2UWB的性能特點
超寬帶有別于其它現(xiàn)存的一些通信技術(shù),其最根本的區(qū)別在于無需載波,大大降低了發(fā)射和接收設(shè)備的復(fù)雜性,從根本上降低了通信的成本。
UWB的優(yōu)點可以歸納為以下八個方面:
(1)無需載波,發(fā)送和接收設(shè)備簡單。由于UWB信號是一些超短時的脈沖,其頻率很高,所以它不象傳統(tǒng)的基帶信號那樣需要將其調(diào)制到某個發(fā)射頻率上才能在信道中傳輸。因此,必然會使發(fā)射機和接收機的結(jié)構(gòu)簡單化。
圖2
(2)功耗低。由于UWB信號無需載波,工作在頻譜的電子噪聲波段,所以它只需要很低的電源功率。一般UWB系統(tǒng)只需要50~70mW的電源,而這只是移動電話的百分之一,藍牙技術(shù)的十分之一。
(3)傳輸速率高。極寬的帶寬使UWB具有很高的傳輸速率,一般情況下,其最大數(shù)據(jù)傳輸速度可以達到幾百Mbps~1Gbps。美國英特爾公司于2002年4月在“IDF2002SpringJapan”上對該技術(shù)進行了演示,在數(shù)米的距離內(nèi)傳輸速率可達100Mbps。
(4)隱蔽性好,安全性高。由于UWB信號的帶寬很寬,且發(fā)射功率很低,這必然使該項通信技術(shù)具有低截獲能力LPD(LowProbabilityofDetection)的優(yōu)點。另外超寬帶還采用了跳時TH(TimeHopping)擴頻技術(shù),接收端必須在知道發(fā)射端擴頻碼的條件下才能解調(diào)出發(fā)送的數(shù)據(jù)信息。
(5)多徑分辨能力強。從時域角度看,超寬帶系統(tǒng)采用脈沖寬度為幾納秒的窄信號,因此具有很高的時間分辨力,相應(yīng)的多徑分辨率小于幾十厘米;從頻域的角度分析,由于UWB信號的帶寬極寬,所以信號在傳輸過程中出現(xiàn)頻率選擇性衰落出現(xiàn)是一定的。然而正是因為極寬的帶寬,多徑衰落只在某些頻點處出現(xiàn),從整體上考慮,衰落掉的能量只是信號總能量很小的部分,所以該技術(shù)在抗多徑方面仍具有魯棒性。
(6)系統(tǒng)容量大。香農(nóng)公式給出
C=Blog2(1+S/N)(4)
可以看出,帶寬增加使信道容量的升高遠遠大于信號功率上升所帶來的效應(yīng),這一點也正是提出超寬帶技術(shù)的理論機理。
(7)高精度的距離分辨力。由于超寬帶定位設(shè)備的時間抖動小于20ps,如果采用GPS相同的工作原理和算法,相應(yīng)的距離不確定性小于1cm。而在實際應(yīng)用中,超寬帶雷達系統(tǒng)使用的超窄脈沖信號,其距離分辨率小于30cm。
(8)穿透能力強。在具有相同帶寬的無線信號中,超寬帶的頻率最低,因此,它在具有大容量和高距離分辨率的同時相對于毫米波信號具有更強的穿透能力。
3UWB信號的調(diào)制方式
UWB的調(diào)制方式有許多,以脈沖調(diào)制PPM(PulsePositionModulation)為例作為一個舉例分析。
首先定義一個單周期脈形:
s(k)代表信號kth,w(t)為傳輸?shù)膯沃芷诿}沖。
將其移至每一幀的開始:
Tf代表脈沖重復(fù)周期,j表示第j個單脈沖。
加入偽隨機跳時碼:
最后加入調(diào)制數(shù)據(jù):
其中,d(k)是信息數(shù)據(jù),δ為時移。為了滿足多用戶的需求,提高通信的安全性和對系統(tǒng)功率譜密度PSD(PowerSpectralDensity)的考慮,引入了跳時碼,下面就從功率譜密度的角度來分析這個問題。
假設(shè)采用圖1(a)給出的高斯單脈沖作為發(fā)送信號,且只是一串周期性的脈沖序列,由于時域信號的周期性導(dǎo)致其頻域出現(xiàn)了強烈的能量類峰,這些類峰將對現(xiàn)存?zhèn)鹘y(tǒng)的無線信號造成干擾。因此需要采取某種措施將其平滑。如果采用PPM調(diào)制對脈沖的位置做出調(diào)整,可以看到:由于調(diào)制的置亂效果,頻域的尖峰得到了一定的控制,但此時仍比較明顯。為了進一步降低類峰的幅度,引入跳時碼,這樣發(fā)送信號的功率譜就會得到進一步的平滑,幾乎近似于背景噪聲,這也正是UWB系統(tǒng)能與現(xiàn)存無線系統(tǒng)并存的原因之一。圖2給出了上述不同信號的PSD圖和引入跳時碼后的時域波形。
除PPM外,UWB信號還可以采用脈幅調(diào)制PAM(PulseAmplitudeModulation),開關(guān)鍵OOK(On-OffKey)和二相移鍵控BPSK(Bi-PhaseShiftKey)等。在接收端,單脈沖信號可以通過相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)可靠接收。實際應(yīng)用中常使用相關(guān)器(correlator),它用準備好的模板波形乘以接收到的射頻信號,再積分就得到一個直流輸出電壓。相關(guān)器輸出的是接收到的單周期脈沖和模板波形的相對時間位置差,從輸出中尋找時間位置差為0的即為要接收的信號。
為了追求更高效率的信息傳輸,近來人們提出了一種新型脈沖調(diào)制方式——脈形調(diào)制PSM(PulseShapeModulation)。PSM就是對脈沖的形狀進行調(diào)制從而實現(xiàn)信息的載荷,因此脈沖形狀的選擇是十分重要的。它的提出得益于人們對hermite多項式的研究。由于hermite多項式的數(shù)學(xué)表達式與高斯單脈沖很接近,而且隨著階數(shù)的變化,波形的持續(xù)時間不會有很大的變化,因此人們便想到了用hermite多項式數(shù)的變化產(chǎn)生形狀各異的脈沖,實現(xiàn)多元化的調(diào)制。為了尋求正交的波形,需對hermite多項式進行修正,即:
經(jīng)過改動之后,便可以得到彼此正交的各階hermite多項式了。這時可以在發(fā)送端同時發(fā)送n個不同形狀的單脈沖,正交性使其互不干擾,接收端用相關(guān)接收技術(shù)即可把每一個信號分離出來。
圖3給出了改進型hermite多項式時域波形。與此同時還可以通過搭建simulink電路得到想要的各階hermite多項式脈沖。如圖4給出了搭建電路和仿真波形。在simulink電路中,Hermite多項式的階數(shù)由脈沖階數(shù)單元控制,示波器1、2給出相應(yīng)階數(shù)和相應(yīng)階數(shù)減1階的hermite脈形。
傳輸效率的提高帶來系統(tǒng)性能的下降,這是許多系統(tǒng)所不能容忍的,因此需要進行編碼。首先在形域采用BCH(7,4)對信號編碼,這樣一來傳輸速率是單脈沖的4倍,而誤碼性能則與單脈沖基本相同,隨后在時域?qū)π畔M行BCH(31,11)編碼,使性能進一步提高,最后還可以在時域和形域聯(lián)合編碼,誤碼性能會得到大幅度的改善,而傳輸效率仍然高于單脈沖系統(tǒng)。性能曲線如圖5所示。
4應(yīng)用前景和發(fā)展方向
憑借自身的眾多優(yōu)勢,超寬帶技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景,UWB首先在美國軍方和政府部門得到了實質(zhì)性關(guān)注,并迅速應(yīng)用于美國軍隊的無線電臺組網(wǎng)(Adhoc)和高精度雷達檢測系統(tǒng)中。2002年2月FCC準許UWB技術(shù)進入民用領(lǐng)域,條件是:“在發(fā)送功率低于美國放射噪音規(guī)定值-41.3dBm/MHz(換算成功率則為1mW/MHz)的條件下,可將3.1G~10.6GHz的頻帶用于對地下和隔墻之物進行掃描的成像系統(tǒng)、汽車防撞雷達以及在家電終端和便攜式終端間進行測距和無線數(shù)據(jù)通信”。盡管該技術(shù)在應(yīng)用中有如此多的限制,但它仍受到廣大電信開發(fā)商的青睞。TimeDomain和MultispectralSolutions等公司已經(jīng)向IEEE-802.15委員會提出了采用超寬帶技術(shù)的議案,眾多公司的研究部門乃至學(xué)校也都將該技術(shù)的研究提到了日程中來。許多現(xiàn)已成熟的技術(shù)紛紛與UWB進行結(jié)合,如UWB-OFDM、UWB-Adhoc、UWB-Wavelet、UWB-Neuralnetwork等,有的公司甚至已經(jīng)利用這些技術(shù)生產(chǎn)出了實際的民用產(chǎn)品。
圖4
筆者把超寬帶技術(shù)的應(yīng)用歸納為短距離無線通信、雷達探測和精確定位三個最主要的方面。其中在短距離無線通信中可用于密文傳送、音/視頻流傳輸、射頻標(biāo)簽識別以及無中心自紡織網(wǎng)絡(luò)(Adhoc)的物理層等領(lǐng)域;雷達方面主要用作防撞雷達檢測、精密測高學(xué)、穿墻成像和探地雷達系統(tǒng);精確定位則可用于資源跟蹤和全球定位系統(tǒng)GPS(GlobalPositionSystem)。由此可見,UWB技術(shù)的背后蘊藏著巨大的商機。
當(dāng)然,超寬帶技術(shù)若要真正用于人們的日常生活,還有許多極具挑戰(zhàn)性的課題,這也是超寬帶技術(shù)近來乃至今后很長一段時間內(nèi)研究和發(fā)展的方向。
(1)建立時域內(nèi)的超寬帶無線電發(fā)射器的模型,從時域角度設(shè)計天線的傳輸函數(shù);
(2)研究超寬帶信號產(chǎn)生和基本功能的優(yōu)化;
(3)研究低電平趕寬帶無線電信號集合而千萬的干擾,有效平衡功率和通信范圍的關(guān)系;
(4)超寬帶跳時碼的研究;
(5)研究移動Adhoc網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和路由協(xié)議,將超寬帶技術(shù)應(yīng)用于分布式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、盲捕獲和自配置功能中;研究適用于超寬帶類似于“藍牙”系統(tǒng)的組網(wǎng)協(xié)議;
(6)研究基于超寬帶無線電傳輸技術(shù)的無線IP協(xié)議;
(7)研究超寬帶無線電的測試技術(shù),包括傳輸信道的測試、估計、信道模型等。
關(guān)鍵詞:無線;通信技術(shù);教學(xué)反饋
一、傳統(tǒng)教學(xué)反饋方式研究
在課堂中,“教”與“學(xué)”同時進行,進一步說“教”是為了“學(xué)”,因此,教師需要用多種反饋方式來了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果,并根據(jù)實時的教學(xué)情況來調(diào)整教學(xué)方法、方式。傳統(tǒng)的教學(xué)反饋的方法主要分為以下四種:1.言語反饋。教師通過課堂提問、課堂討論以及學(xué)生質(zhì)疑等口頭語言交流來分析學(xué)生對課堂知識的掌握程度,從而調(diào)整教學(xué)方法、方式。這種方式缺點是教師得到的反饋信息有些片面,不能全面掌握學(xué)生學(xué)習(xí)情況,同時學(xué)生由于缺乏參與感造成注意力分散,導(dǎo)致課堂教學(xué)實效的流失。2.書面反饋。教師一般通過黑板板書、課后作業(yè)以及課堂測試等手段來觀察學(xué)生對知識內(nèi)容掌握程度與存在的問題。這種方式缺點是教師課堂上時間和精力無法對每一位學(xué)生進行有效的“教學(xué)診斷”,另外學(xué)生存在抄襲現(xiàn)象,加大了老師輔佐的難度。3.實物投影展示式反饋。教師通過實物投影展示、多媒體演示的方式展現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果,從而了解學(xué)生學(xué)習(xí)存在的一些具體問題,讓教師有的放矢地進行課堂教學(xué)。這種方式缺點和言語反饋類似,難以保證人人參與,無法準確掌握整體的課堂教學(xué)效率。
二、基于無線通信技術(shù)教學(xué)反饋系統(tǒng)研究
隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,無線通信技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用已成為當(dāng)代教學(xué)新模式的重點研究方向。目前,應(yīng)用在教育領(lǐng)域的主流無線通信技術(shù)有Bluetooth、RFID、UWB、Wi-Fi、紅外等。例如,基于無線通信技術(shù)教學(xué)反饋系統(tǒng)常見的有紅外手持反饋系統(tǒng)如北京松博科技有限公司研發(fā)的EZclick表決系統(tǒng)、Interwrite生產(chǎn)的PPS表決系統(tǒng)等、基于藍牙的課堂反饋系統(tǒng)如華東師范大學(xué)碩士研究生周麗捷的研究、將GPS與Android相結(jié)合如山西長治醫(yī)學(xué)院計算機教學(xué)部魏晉研制的基于Android平臺的課堂簽到與手機違規(guī)監(jiān)測系統(tǒng)等等幾種反饋系統(tǒng)??偟膩碚f,與傳統(tǒng)教學(xué)相比,基于Bluetooth、RFID、UWB、Wi-Fi、紅外等技術(shù)的無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)在以下四個方面占據(jù)優(yōu)勢:1.反饋實時性強。無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)一般采用手機、平板等手持終端與教學(xué)服務(wù)器進行實時通信,因此,教學(xué)反饋信息可以通過“職教云”等網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺實時地顯示在投影屏上。與驗收課后作業(yè)、開展課堂測驗等傳統(tǒng)教學(xué)反饋方式方式相比,無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)在反饋上更快捷,大大縮短了反饋周期,更能幫助師生發(fā)現(xiàn)及解決教學(xué)問題。2.反饋覆蓋范圍廣。無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)組成的拓撲結(jié)構(gòu)是樹形或網(wǎng)型,課堂中每一位學(xué)生都能使用終端設(shè)備將疑惑、感想反饋至網(wǎng)絡(luò)平臺,因此相對于課堂點名答疑和課堂討論的傳統(tǒng)方式來說,無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)收集到的教學(xué)反饋信息更全面,更客觀地體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)水平。3.數(shù)據(jù)處理效率高。無線反饋式教學(xué)系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器將一些接收到的教學(xué)反饋信息,如簽到信息,討論熱度、教學(xué)資料瀏覽情況等,通過預(yù)設(shè)的算法進行相關(guān)處理、統(tǒng)計,進而得到一系列教學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù),更加直觀、清晰的展示于師生面前。
三、總結(jié)
一、電力信息采集系統(tǒng)
電力信息采集業(yè)務(wù)是對用戶的用電信息進行采集、監(jiān)測和處理,實現(xiàn)用戶用電信息計量異常監(jiān)測以及用戶用電信息采集、分析和管理,同時也讓電能質(zhì)量被實時監(jiān)控等,在用戶服務(wù)、市場管理、電費實時結(jié)算等多方面提供實時、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,單獨組網(wǎng)。在主站層里有前置采集平臺、營銷采集業(yè)務(wù)應(yīng)用以及數(shù)據(jù)庫管理三部分組織。前置采集平臺管理和調(diào)查各種與終端的遠程通信;營銷采集業(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)庫管理實現(xiàn)用電終端的用電信息有效管理,并擔(dān)負起協(xié)議解析職責(zé)。實現(xiàn)這三種功能,需要由前置采集服務(wù)器、營銷系統(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)是收集和提供整個系統(tǒng)的原始用電信息,是整個系統(tǒng)的底層,又分為計量設(shè)備層、終端子層兩個子層,分別負責(zé)實現(xiàn)電能計量和數(shù)據(jù)輸出和收集用戶計量設(shè)備的信息、處理和凍結(jié)相關(guān)數(shù)據(jù),并實現(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。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。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、運行維護管理、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、正常補采次數(shù)以及執(zhí)行優(yōu)先級等信息,對任務(wù)執(zhí)行情況進行管理;系統(tǒng)接口主要是與其他應(yīng)用系統(tǒng)進行連接;運行維護管理功能是對密碼、權(quán)限、檔案、通信與路由、終端、運行狀況、故障記錄、報表等方面的內(nèi)容進行有效管理;數(shù)據(jù)管理及控制功能包括對數(shù)據(jù)的計算、檢查、分析、存儲等內(nèi)容進行管理以及對電量、功率、費率、電纜催收等內(nèi)容進行控制;綜合應(yīng)用功能主要是提供異常用電分析、有序用電管理、自動抄表管理、用電分析、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計等服務(wù)。用電信息采集首先由主站對集體終端進行對時,統(tǒng)一時間后終端進行采集工作狀態(tài),按設(shè)定的時間間隔進行定時抄表、存儲并通過無線信道傳數(shù)據(jù)到后臺,如無線信道不穩(wěn)定時,后臺會自動再次生成相應(yīng)的補救命令追補數(shù)據(jù),最后后臺對數(shù)據(jù)進行處理。整個采集過程,業(yè)務(wù)通信具有整點時刻定時抄表,重傳補數(shù)的特點,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),實現(xiàn)信息采集可靠性。
二、無線通信信道技術(shù)特點與數(shù)據(jù)丟失規(guī)律分析
1.無線通信信道技術(shù)的特點利用信道的統(tǒng)計特征進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在短時間內(nèi)瞬間產(chǎn)生的變化,而大尺度傳播指的是在相關(guān)長的一段時間內(nèi)信號平均功率的變化。信道的相位、振幅會受到多徑傳播和多普勒頻移兩者的影響,產(chǎn)生信號頻散和時間選擇性衰落。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的傳輸,短時衰減是他們其中最大的特點,最大可以達到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)電力負荷的特性不同,影響電力負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)是對居民用電信息進行采集與監(jiān)控,無線通信往往會受到電磁干擾的影響。對用電信息采集無線通信網(wǎng)絡(luò)進行數(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,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)計出24小時內(nèi)居民用電負荷與時間的關(guān)系特性,并結(jié)合用電負荷量得出階梯獎業(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)計電力用戶用電負荷狀況時,節(jié)選廣州某居民區(qū)生活和工作用電負荷24小時規(guī)律變化為例,通過采樣、統(tǒng)計、整理得出一天內(nèi)的用電負荷曲線,如圖1所示:其中,負荷比值=瞬時負荷量/24小時平均負荷量。由圖1可以看出,01:00~05:00時間段為居民的休息時間,全天進行用電量低谷;05:00~08:00時間段,居民起床、做飯、上班等,用電量略有所回升;08:00~12:00時間段為居民上班時間,使用各種電器設(shè)備,用電量明顯上升,而12:00~13:00為午餐午休時間,用電量隨著部分活動的停止而呈小幅下降;13:00~18:00又進入工作期間,用電量也相應(yīng)上升;18:00~20:00時間段是居民回家做飯時間,用電量逐漸增加;20:00~23:00時間是大多數(shù)人在家休息,如電視、空調(diào)等大功率電器大幅啟動,多數(shù)娛樂場所也進行一天的高峰,此時處于用電高峰期,在21:00附近進入一天用電最高峰,隨后便有所下降,至24時多數(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)合居民用電負荷曲線,將一天分成五個時間段,依次為K23:00-6:00;K6:00-12:00;K12:00-18:00;K18:00-20:00;K20:00-23:00。五個時間段的居民用電量呈遞增趨勢,設(shè)20:00的用電負荷比值為K20:00,那么K20:00-23:00段的平均負荷比值為:K20:00-23:00=(K20:00+K21:00+K22:00)/3同理可求得其他四個時間段的平均負荷比值,可以得到五個級別的通信數(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)律的特點而設(shè)計不同的控制方式,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,保證采集實時性強;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,一個公用配變電下有大量的電力用戶,而且具有用電容量小、計量點分散等特點,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)點對用戶進行實時的感知和監(jiān)控,利用每個傳感器具有無線通信功能組建成一個無線網(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、測量點多、范圍分散的低壓場合。應(yīng)用WSN技術(shù)克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)對點無線傳輸模式的局限性,自組織性、拓撲結(jié)構(gòu)動態(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,無需要安裝,功耗低,具有很強的成本優(yōu)勢。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)點傳輸?shù)街欣^節(jié)點,并由集中器進行處理。集中器下發(fā)命令數(shù)據(jù),目標(biāo)無線采集節(jié)點就會通過多個中繼節(jié)點收到命令,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)實時性強的優(yōu)點,將突發(fā)事件通過無線節(jié)點主動上傳到后臺,有效地實現(xiàn)故障報警、實時監(jiān)控、防竊電。對于測量點相對分散、集中裝表、用戶負載變化大、載波不穩(wěn)定等場合非常適用。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)備將會影響到傳輸?shù)耐ㄐ判盘?,特別是近年來變頻家用電器大量使用,對信道的穩(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、信號衰減嚴重,并且這兩個因素隨著時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,具有較強的適應(yīng)性,而且具有容易安裝的特點,對于低壓用戶數(shù)據(jù)采集是個很好的應(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,對于一些用電負載特性變化較小、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,并通過擴頻調(diào)制或者正交方式來獲得兆級以上的傳輸速率。這種電力線寬帶通信調(diào)制技術(shù)把信道帶寬分成N個正交的子信道,每個子信道呈現(xiàn)相對性和平坦特性,將這些子信道看成理想信息。由于低壓臺區(qū)電力線上的高頻傳輸信號往往會衰減得比較快,需要通過時分中繼、自動中繼、頻分中繼和智能路由計算等多項技術(shù)手段實現(xiàn)整個低壓電力通信網(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,可以同時承載多個業(yè)務(wù)并對各個任務(wù)進行并發(fā)處理。同時有單跳通信距離受限、信號衰減大等局限性。在應(yīng)用時還需要采用路由、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)濟性均優(yōu)于其他的抄表方式。
四、結(jié)語
認知無線電用戶必須不能干擾首要用戶(頻譜授權(quán)用戶)的正常工作,要保證首要用戶的可靠性通信,同時也要保證認知無線電用戶通信的可靠性,這就需要認知無線電控制發(fā)射功率,同時具有靈敏的頻譜空穴檢測能力和快速切換頻段的能力。通信的高可靠性是認知無線電要實現(xiàn)的另一個目標(biāo)。認知無線電這些特點有利于頻譜資源智能、高效、充分的利用,也是其區(qū)別于其他無線電技術(shù)的重要特征。
二、認知無線電與寬帶無線通信系統(tǒng)的融合
認知無線電的關(guān)鍵技術(shù)有:頻譜監(jiān)測技術(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)是目前公認的比較容易實現(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。檢測到的寬帶資源是不確定的,隨時間、空間、移動速度等變化。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,確定每個子載波傳輸?shù)谋忍財?shù)量,選取相應(yīng)的調(diào)制方式,實現(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知無線電有較好的通過率,且達到實時性的要求。事實上功率控制算法和子載波分配算法是密不可分的。這是因為在判斷某子載波是否可以使用時,就要對現(xiàn)狀(空間距離、衰落)做出判斷,同時還需要計算出可分配的功率大小,對于一個用戶如果速率一定,如子載波數(shù)目增加所需的功率就會下降。
三、結(jié)語
1.無線或有線鏈路上存在的安全問題
有線鏈路網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成了我們生活中所使用的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),在Internet和無線網(wǎng)絡(luò)快速進步的今天,他們的緊密的結(jié)合在一起,都為4G移動通信提供著支持和服務(wù),復(fù)雜的4G移動通信技術(shù)在使用的過程中存在著很多的風(fēng)險,無線和有線網(wǎng)絡(luò)也同樣在眾多的安全威脅下提供著服務(wù),主要表現(xiàn)為:(1)移動性:無線終端設(shè)備會在移動的過程中享受不同子網(wǎng)絡(luò)的服務(wù),不是固定于某一個網(wǎng)絡(luò)下。(2)容錯性:減少因無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不同而造成的差錯。(3)多計費:在無線網(wǎng)絡(luò)使用過程中,均是通過運營商來實現(xiàn)對接的,然而有些網(wǎng)絡(luò)運營商通過網(wǎng)絡(luò)隨意加收客戶的使用費用等等。(4)安全性:攻擊者的竊聽、篡改、插入或刪除鏈路上的數(shù)據(jù)。
2.移動終端存在的安全問題
4G網(wǎng)絡(luò)逐漸的已投入使用,用戶們通過4G移動終端實現(xiàn)相互間的交流也更為密切,惡意軟件及病毒也隨著交流而流竄,使得它們的破壞力度和范圍都有所擴大,使得移動終端系統(tǒng)遭受嚴重打擊,甚至有關(guān)機或失靈等現(xiàn)象的出現(xiàn)。
3.網(wǎng)絡(luò)實體上存在的安全問題
網(wǎng)絡(luò)實體身份認證問題,包括接入網(wǎng)和核心網(wǎng)中的實體,無線LAD中的AP和認證服務(wù)器等。主要存在的安全威脅如下:(1)目前的網(wǎng)絡(luò)攻擊者利用多種手段,類型也是多樣化,讓網(wǎng)上用戶防不勝防。但他們多半都有一個共同特點就是扮演合法用戶使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù),這樣一來,網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管方面也無法察覺,用戶這邊更是沒有任何戒備,使得他們有很大的機會接近用戶并進行各種騷擾和不良信息的。(2)無線網(wǎng)相對于寬帶而言,它的接口數(shù)量有限,而且信號不穩(wěn)定,容易受其他因素的干擾,這也就為攻擊者提供了一個進入的漏洞,安全隱患的可能性也隨之大大增強。(3)目前的的搜索功能可謂是越來越強大,尤其是“人肉搜索”,讓用戶的個人隱私等一再受到侵犯,這些攻擊者一般都具有良好的計算機技術(shù)水平,對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行了如指掌,很容易非法竊取用戶信息,并展開下一步的追蹤。(4)網(wǎng)絡(luò)用戶不肯承認他們使用的服務(wù)和資源,使進一步網(wǎng)絡(luò)實體的認證增加了難度,這是用戶可以逃避和不像曝光的行為,其實這樣做只會給自己增加麻煩,到時遇到問題也很難得到有效處理。
二、:請記住我站域名4G通信安全措施
1.要建立適合未來移動通信系統(tǒng)的安全體系機制
主要有(1)可協(xié)商機制:移動終端和無線網(wǎng)絡(luò)能夠自行協(xié)商安全協(xié)議和算法。(2)可配置機制:合法用戶可配置移動終端的安全防護措施選項。(3)多策略機制:針對不同的應(yīng)用場景提供不同的安全防護措施。(4)混合策略機制:結(jié)合不同的安全機制,如將公鑰和私鑰體制相結(jié)合、生物密碼和數(shù)字口令相結(jié)合。一方面,以公鑰保障系統(tǒng)的可擴展性,進而支撐兼容性和用戶的可移動性
2.對于無線接入網(wǎng)一般可采取的安全措施如下。
(1)安全接入。無線接入網(wǎng)通過自身安全策略或輔助安全設(shè)備提供對可信移動終端的安全接入功能。防止非可信移動終端接入無線接入網(wǎng)絡(luò)。(2)安全傳輸。移動終端與無線接入網(wǎng)能夠選擇建立加密傳輸通道,根據(jù)業(yè)務(wù)需求,從無線接入網(wǎng)、用戶側(cè)均能自主設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸方式。(3)身份認證。在移動終端要接入無線網(wǎng)絡(luò)之前,要通過一個可靠的中間機構(gòu)的認證,確保雙方身份的真實性和可靠性。(4)訪問控制。無線接入網(wǎng)可通過物理地址過濾、端口訪問控制等技術(shù)措施進行細粒度訪問控制策略設(shè)置。(5)安全數(shù)據(jù)過濾。在多媒體等應(yīng)用領(lǐng)域,都可以通過數(shù)據(jù)過濾技術(shù),對想要接入到網(wǎng)絡(luò)中的非法數(shù)據(jù)進行攔截,阻止其進行到內(nèi)部系統(tǒng)及核心網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的安全性。
3.提高效率
網(wǎng)絡(luò)終端的運行效率的提升,最主要就是減少信息量的流通,減少客戶端的工作量,不使計算機長期處于超負荷的工作狀態(tài)中,盡量減少時間的拖延,那么安全協(xié)議當(dāng)中交互的信息量的數(shù)額的限定對提高網(wǎng)絡(luò)運行效率就有一定幫助。
[關(guān)鍵詞]無線電通信技術(shù)管理
與有線電通信技術(shù)相對應(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,及社會各界對無線電頻譜資源的強烈需求,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)本身的平滑演進特性,進入3G的障礙不大。WCDMA以前受版本不斷更新的影響,阻礙了商用進程,但目前主體標(biāo)準已經(jīng)定型,具備了規(guī)模商用的基礎(chǔ)。事實上歐美等運營商已經(jīng)進入了3G網(wǎng)絡(luò)部署階段。TD-SCDMA是中國自主知識產(chǎn)權(quán)的3G標(biāo)準,該標(biāo)準將智能無線、同步CDMA和軟件無線電等當(dāng)今國際領(lǐng)先技術(shù)融于其中,在頻譜利用率、對業(yè)務(wù)支持具有靈活性、頻率靈活性及成本等方面的獨特優(yōu)勢。另外,由于中國內(nèi)的龐大的市場,該標(biāo)準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。該標(biāo)準提出不經(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。
(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)因為其高帶寬、建設(shè)速度快、接入方式靈活等特點,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相結(jié)合,生成一個更強的信號。這種技術(shù)成本低廉,常用于遠離服務(wù)中心的小型企業(yè)接入網(wǎng),它有時被稱為WDSL或通稱為寬帶無線技術(shù)。但這項技術(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)準為802.11,可實現(xiàn)十幾兆至幾十兆的無線接入。我國目前發(fā)展的主要是802.11b標(biāo)準的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,特別是熱點區(qū)域和高速信息接入領(lǐng)域,發(fā)揮對移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要補充作用。
(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3G可能構(gòu)成的威脅,使WiMAX在最近一段時間備受業(yè)界關(guān)注。WiMAX相對于Wi-Fi的優(yōu)勢主要體現(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)的連接信號傳送到300英尺遠的地方,WiMAX則能把信號傳送31英里之遠。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)致必須對無線電進行有效管理,以使之規(guī)范、安全、穩(wěn)定的運行。根據(jù)筆者的總結(jié),目前加強無線電管理的主要措施和手段主要有:
(一)要增強做好無線電管理工作的責(zé)任感和使命感
要增強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家戰(zhàn)略資源,應(yīng)組織專門力量,針對動態(tài)情況,嚴加管理和合理利用。要從國家政治高度、從資源管理高度,深刻認識無線電管理工作的重要意義和內(nèi)涵,強化大局意識,危機意識,健全管理機制,以適應(yīng)和服務(wù)于國家發(fā)展的需要。同時加強對管理人員的培訓(xùn),努力做到無線電管理的法制化、規(guī)范化、科學(xué)化。(二)要切實抓好無線電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)
無線電監(jiān)測網(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。加強無線電監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)就是要將全國分散的無線電監(jiān)測站(中心)進行優(yōu)化整合,加強各監(jiān)測站之間的協(xié)作關(guān)系,加強無線電監(jiān)測工作,提高頻率資源的有效利用,維護空中通道的暢通,使各種無線電業(yè)務(wù)相互兼容、正常工作,以維護國家頻率的科學(xué)、合理、有效使用。
(三)要加強無線電管理的執(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,國內(nèi)相關(guān)立法應(yīng)當(dāng)逐步完善和成熟,國家應(yīng)盡快出臺一部專門的無線電法律法規(guī)以適應(yīng)國家經(jīng)濟和無線電技術(shù)發(fā)展。無線電管理部門一方面要嚴格按照國家的相關(guān)法律法規(guī)進行管理,做到嚴格、規(guī)范,另一方面要嚴格遵守國家的法律法規(guī),不做與法律相違背的事,維護法律的尊嚴。
(四)建設(shè)一支堅強有力的無線電管理專業(yè)隊伍
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)法嚴的管理隊伍。在實際運作過程中,要采取請進來、走出去、崗位練兵等措施,支持鼓勵專業(yè)技術(shù)人員參加各類培訓(xùn),強化技能訓(xùn)練。在法律法規(guī)、無線電管理、監(jiān)測與檢測技術(shù)、計算機技術(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)展新動態(tài),理論聯(lián)系實際進行技術(shù)交流,使之與當(dāng)前管理任務(wù)相適應(yīng)。同時還要加強職業(yè)道德、政治素質(zhì)、保密制度、通信紀律、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,仍時常暴露出管理方面的不足,因而我們應(yīng)該堅持兩條腿走路,一方面,加強技術(shù)研究,另一方面,加強管理,使之實現(xiàn)又好又快的發(fā)展。
參考文獻:
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多點分配體系具體涵蓋本地以及對點信道系統(tǒng),前者為微波系統(tǒng),在同他類系統(tǒng)對比的階段中體現(xiàn)出了鮮明的性能,即可點對點應(yīng)用。該系統(tǒng)采取寬帶固定無線接入手段中的無線小區(qū)制原理,實現(xiàn)了雙向的數(shù)據(jù)傳輸,因而寬帶更高,當(dāng)然傳輸容量同光纖無線比對通常較為一致。多點分配體系可提供更豐富的寬帶業(yè)務(wù),例如多媒體、視頻以及電話業(yè)務(wù)等。還有一類為多點多信道分配體系,該體系基于視距傳輸分配技術(shù)實現(xiàn)傳輸處理,同時在完成IP與TMD的帶寬無線接入階段中具體應(yīng)用措施通常為多點多信道處理技術(shù)。此手段不僅可完成因特網(wǎng)接入,進行本地用戶大容量信息傳輸、電視信號傳遞與數(shù)據(jù)廣播目標(biāo),還可完成用戶終端、GPRS通信與GSM短信服務(wù)等。另外,多點多信道手段在升級更新上比他類通信技術(shù)更為便利簡單。移動通信中還會應(yīng)用到其他種類的無線接入技術(shù),例如超寬帶技術(shù)、虛擬網(wǎng)技術(shù)、藍牙技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等。
2移動通信中無線接入技術(shù)應(yīng)用
當(dāng)前,依據(jù)移動通信無線接入技術(shù)具體的應(yīng)用狀況,通??蓜澐譃榱愵l段。第一個頻段即為1.8GHZ,其頻段也就是20M,主體作用在于利用SCDMA手段實現(xiàn)公眾網(wǎng)同本地專屬網(wǎng)絡(luò)無線連接。2.4GHZ為第二個應(yīng)用頻段,此頻段并不屬于通信頻段范疇,然而在通過申請校驗后則可發(fā)揮點對點微波保護的良好功效。移動通信中,無線接入技術(shù)的第三個應(yīng)用頻段是3.5GHZ,即我們通常指的寬帶無線接入手段,該技術(shù)分配于各類基礎(chǔ)電信運營商實踐經(jīng)營流程之中。還有一類應(yīng)用頻段為5.8GHZ,具體在無線寬帶接入實踐中發(fā)揮功能,通常基礎(chǔ)運營商經(jīng)常應(yīng)用。第三代移動通信應(yīng)用頻段也就是第六類頻段,即通常所指的寬帶。通信技術(shù)應(yīng)用發(fā)展主體依靠以上幾類技術(shù)實現(xiàn)頻率規(guī)劃,通常全球范圍之中,無線管理實踐發(fā)展階段中,普遍會存在頻譜資源不足的狀況。伴隨大眾不斷增加的無線電技術(shù)應(yīng)用功能需要,頻譜漸漸面臨了更明顯的供不應(yīng)求問題。兩者間呈現(xiàn)的矛盾問題我們應(yīng)給予全面重視。當(dāng)前,較多國家紛紛制定了科學(xué)的政策針對無線電頻率做出了合理的調(diào)節(jié),進一步激發(fā)了頻率內(nèi)在潛能,可方便其能夠全面符合現(xiàn)代新技術(shù)更新發(fā)展以及拓展新業(yè)務(wù)的綜合需要。因而,在對新型市場業(yè)務(wù)與創(chuàng)新技術(shù)手段對應(yīng)頻率做設(shè)計規(guī)劃的階段中,應(yīng)全面的意識到無線電設(shè)備當(dāng)前的可供性,保證相應(yīng)技術(shù)手段體現(xiàn)更好的可操作性,并重點探究不同體制下的電磁兼容性以及頻率可否共用的可行性。另外,還應(yīng)盡量保證該技術(shù)手段體現(xiàn)科學(xué)性以及先進性,提升新技術(shù)手段成熟度,方便支持具備高頻譜應(yīng)用效率的通信處理模式。因而,基于頻率資源體現(xiàn)的特殊性,在針對頻率做規(guī)劃設(shè)計的階段中,不但應(yīng)考量我國當(dāng)前的基本國情,還應(yīng)保障其可以同國際頻率劃分始終在一致水平,通過有效的應(yīng)對策略同國際統(tǒng)一標(biāo)準完成全面的接軌。
3結(jié)語
論文摘要:通過Bluetooth和UWB的技術(shù)對比及多角度的分析,證實了藍牙+UWB作為下一代高速無線通訊技術(shù)的可能。
隨著因特網(wǎng)、多媒體和無線通信技術(shù)的發(fā)展,人們與信息網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)密不可分。當(dāng)今無線通信在人們的生活中扮演著越來越重要的角色,低功耗、微型化是用戶對當(dāng)前無線通信產(chǎn)品尤其是便攜產(chǎn)品的強烈追求,作為無線通信技術(shù)一個重要分支的短距離無線通信技術(shù)正逐漸引起越來越廣泛的觀注。
1短距離無線通信技術(shù)簡介
近年來,由于數(shù)據(jù)通信需求的推動,加上半導(dǎo)體、計算機等相關(guān)電子技術(shù)領(lǐng)域的快速發(fā)展,短距離無線與移動通信技術(shù)也經(jīng)歷了一個快速發(fā)展的階段,WLAN技術(shù)、藍牙技術(shù)、UWB技術(shù),以及紫蜂(ZigBee)技術(shù)等取得了令人矚目的成就。短距離無線通信通常指的是100m以內(nèi)的通信,分為高速短距離無線通信和低速短距離無線通信兩類。高速短距離無線通信最高數(shù)據(jù)速率>100Mbit/s,通信距離
2 藍牙(Bluetooth)技術(shù)
“藍牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準,也是目前國際上最新的一種公開的無線通信技術(shù)規(guī)范。它可以在較小的范圍內(nèi),通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián),使得近距離內(nèi)各種通信設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)無縫資源共享,也可以實現(xiàn)在各種數(shù)字設(shè)備之間的語音和數(shù)據(jù)通信。由于藍牙技術(shù)可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中,因此特別適用于小型的移動通信設(shè)備,使設(shè)備去掉了連接電纜的不便,通過無線建立通信。
藍牙技術(shù)以低成本的近距離無線連接為基礎(chǔ),采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先進技術(shù),為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接。藍牙技術(shù)使得一些便于攜帶的移動通信設(shè)備和計算機設(shè)備不必借助電纜就能聯(lián)網(wǎng),并且能夠?qū)崿F(xiàn)無線連接因特網(wǎng),其實際應(yīng)用范圍還可以拓展到各種家電產(chǎn)品、消費電子產(chǎn)品和汽車等信息家電,組成一個巨大的無線通信網(wǎng)絡(luò)。打印機、PDA、桌上型計算機、傳真機、鍵盤、游戲操縱桿以及所有其它的數(shù)字設(shè)備都可以成為藍牙系統(tǒng)的一部分。目前藍牙的標(biāo)準是IEEE802.15,工作在2.4GHz頻帶,通道帶寬為lMb/s,異步非對稱連接最高數(shù)據(jù)速率為723.2kb/s。藍牙速率亦擬進一步增強,新的藍牙標(biāo)準2.0版支持高達10Mb/s以上速率(4、8及12~20Mb/s),這是適應(yīng)未來愈來愈多寬帶多媒體業(yè)務(wù)需求的必然演進趨勢。
作為一個新興技術(shù),藍牙技術(shù)的應(yīng)用還存在許多問題和不足之處,如成本過高、有效距離短及速度和安全性能也不令人滿意等。但毫無疑問,藍牙技術(shù)已成為近年應(yīng)用最快的無線通信技術(shù),它必將在不久的將來滲透到我們生活的各個方面。
3 超寬帶(UWB)技術(shù)
超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術(shù)起源于20世紀50年代末,此前主要作為軍事技術(shù)在雷達等通信設(shè)備中使用。隨著無線通信的飛速發(fā)展,人們對高速無線通信提出了更高的要求,超寬帶技術(shù)又被重新提出,并倍受關(guān)注。UWB是指信號帶寬大于500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大于25%的無線通信方案。與常見的使用連續(xù)載波通信方式不同,UWB采用極短的脈沖信號來傳送信息,通常每個脈沖持續(xù)的時間只有幾十皮秒到幾納秒的時間。因此脈沖所占用的帶寬甚至高達幾GHz,因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通信的同時,UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小,僅僅是現(xiàn)有設(shè)備的幾百分之一,對于普通的非UWB接收機來說近似于噪聲,因此從理論上講,UWB可以與現(xiàn)有無線電設(shè)備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數(shù)據(jù)通信方式,它有望在無線通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。UWB的特點如下:
(1)抗干擾性能強:UWB采用跳時擴頻信號,系統(tǒng)具有較大的處理增益,在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中,輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。
(2)傳輸速率高:UWB的數(shù)據(jù)速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s,有望高于藍牙100倍。
(3)帶寬極寬:UWB使用的帶寬在1GHz以上,高達幾個GHz。超寬帶系統(tǒng)容量大,并且可以和目前的窄帶通信系統(tǒng)同時工作而互不干擾。
(4)消耗電能少:通常情況下,無線通信系統(tǒng)在通信時需要連續(xù)發(fā)射載波,因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波,只是發(fā)出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發(fā)送出去,并且在需要時才發(fā)送脈沖電波,所以消耗電能少。
(5)保密性好:UWB保密性表現(xiàn)在兩方面:一方面是采用跳時擴頻,接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù);另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低,用傳統(tǒng)的接收機無法接收。
(6)發(fā)送功率非常?。篣WB系統(tǒng)發(fā)射功率非常小,通信設(shè)備可以用小于1mW的發(fā)射功率就能實現(xiàn)通信。低發(fā)射功率大大延長了系統(tǒng)電源工作時間。
(7)成本低,適合于便攜型使用:由于UWB技術(shù)使用基帶傳輸,無需進行射頻調(diào)制和解調(diào),所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉(zhuǎn)換器及本地振蕩器等復(fù)雜元件,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化,成本大大降低,同時更容易集成到CMOS電路中。
參考文獻