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關(guān)鍵詞:無線擴頻 通信技術(shù) 實踐應(yīng)用
中圖分類號:TN914 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-9416(2012)12-0014-01
1、引言
擴頻通信技術(shù)是擴展頻譜通信技術(shù)的簡稱,這一技術(shù)最早在二次世界大戰(zhàn)期間被提出,并在軍事領(lǐng)域不斷發(fā)展壯大。直到上世紀(jì)八十年代以后,隨著無線通信被廣泛應(yīng)用,無線通信頻道資源已經(jīng)遠遠不能滿足通信的需要,干擾日益嚴(yán)重。為此,美國聯(lián)邦通信委員會規(guī)劃了ISM波段并批準(zhǔn)其使用擴頻通信。由于擴頻通信擁有信號質(zhì)量高、抗干擾性強、保密性好、系統(tǒng)容量大等優(yōu)點,迅速在民用通信各個領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用,在經(jīng)濟建設(shè)與社會民生方面起著巨大的作用。
2、無線擴頻通信常用技術(shù)
常規(guī)無線通信載波頻譜較窄,擴頻通信技術(shù)通過專門的數(shù)字調(diào)制技術(shù),可以將信息擴展到很寬的頻帶上進行傳輸。常用的擴頻技術(shù)有直接序列擴頻技術(shù)、跳頻擴頻技術(shù)、跳時擴頻技術(shù)、線性調(diào)頻擴頻技術(shù)幾種,在具體應(yīng)用中還可以將這幾種技術(shù)組合在一起應(yīng)用。不同的擴頻方式有著不同的抗干擾原理,也有著各自的優(yōu)點與不足,很難說什么擴頻方式更為優(yōu)秀,僅能根據(jù)實踐條件來綜合考慮,選擇最適合的擴頻方法。目前較為常用的擴頻方式有直接序列擴頻方式和跳頻擴頻方式兩種。相對來說,跳頻通信技術(shù)抗干擾能力較強,多應(yīng)用于軍事領(lǐng)域,如海灣戰(zhàn)爭中多國部隊所采用的就是跳頻通信技術(shù)。而直接序列擴頻技術(shù)則擁有較長的通信距離。實際上,現(xiàn)代通信領(lǐng)域的室內(nèi)無線通信、CDMA移動通信、藍牙、數(shù)字蜂窩移動通信等都是基于擴頻通信技術(shù)的通信方式。
3、直接序列擴頻技術(shù)
直接序列擴頻技術(shù)是目前應(yīng)用較為廣泛的一種擴頻技術(shù),包括如美國國防衛(wèi)星通信、GPS全球定位系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)、航天飛機通信跟蹤系統(tǒng)等所采用的都是直接序列擴頻技術(shù)。直接序列擴頻技術(shù)是在發(fā)送端將需要發(fā)送的信息利用偽隨機序列擴展至一個較寬的頻帶上,接收端將信號接收后進行相關(guān)處理恢復(fù)成原有信號。由于傳輸過程中產(chǎn)生的干擾信號同偽隨機序列沒有關(guān)系,因此能有效的降低干擾信號功率,具有較好的抗干擾效果。在直接序列擴頻技術(shù)的應(yīng)用中,偽隨機序列起著極為重要的作用,信息的傳輸需要偽隨機序列來進行擴展,信息的接收則需要偽隨機序列來解調(diào),同時擴散干擾信號的功率??梢哉f,擴頻系統(tǒng)性能的好壞,直接受偽隨機序列的影響。
直接序列擴頻技術(shù)在列車無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用:
(1)列車無線通信系統(tǒng)的性能要求:根據(jù)國家無線電委員會的相關(guān)規(guī)定以及列車無線通信的需要,列車無線通信系統(tǒng)必須具備較強的抗干擾能力,信號傳輸安全性要高,傳輸速度要高于GSM-R系統(tǒng),并且還必須具備多址能力。根據(jù)列車實際通信需求,擴頻增易必須大于15dB才能獲得需要的抗干擾能力,同時傳輸速度應(yīng)當(dāng)大于10kb/S。同時,系統(tǒng)硬件分為車載設(shè)備和地面設(shè)備兩個部分。
(2)列車無線通信車載系統(tǒng)發(fā)射端:列車無線通信系統(tǒng)中的車載系統(tǒng)部分主要起發(fā)射信號的作用,因此車載的硬線主要為發(fā)射電路。根據(jù)列車無線通信系統(tǒng)的需要,要提高擴頻增益,必須使用較長的偽碼,這樣才能獲得更強的抗干擾能力,但使用較長的偽碼勢必造成較長的信號捕獲時間,會給傳輸速率造成影響。根據(jù)實踐研究,擴頻序列選取周期127的m序列,能獲得較好的抗干擾能力和傳輸速率。在設(shè)計時,發(fā)射段先將采集到的機車信息調(diào)制成擴頻所使用的二進制信息源,進行信號調(diào)制處理,再通過m序列產(chǎn)生多路序列信號,最后產(chǎn)生擴頻信號。在發(fā)射段的調(diào)制中,為了節(jié)省發(fā)射功率,同時提高發(fā)射機工作效率,通常采用雙相平衡調(diào)制方式來抑制載波。
(3)列車無線通信地面系統(tǒng)接收端:列車無線通信系統(tǒng)中,地面系統(tǒng)主要起接收信息的作用,其電路主要是接收電路。接收信號的過程一般分為兩步,分別為解擴和解調(diào),解擴和解調(diào)直接影響著系統(tǒng)性能的好壞。解擴過程是偽隨機碼同步的情況下,對接收信號進行處理獲得增益,從而改善系統(tǒng)誤碼性能。解擴后,再對信號進行解調(diào)處理,恢復(fù)為原有信號。直接序列擴頻技術(shù)的同步包括偽隨機碼的同步、位同步、幀同步、載波同步幾種,其中最關(guān)鍵的是偽隨機碼的同步,偽隨機碼的同步直接關(guān)系著信號的解擴,一般分為初始同步和精同步兩步,初始同步是捕獲偽隨機碼,精同步則是在初始同步的基礎(chǔ)上,進一步減少偽隨機碼的碼相位誤差。
4、結(jié)語
無線擴頻通信技術(shù)具有傳輸速率高、抗干擾性強、移動性能好、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點,能提供較好的可靠性和安全性。不同的擴頻系統(tǒng)具有各自的優(yōu)點和不足,在實際使用中要根據(jù)具體需要,從抗干擾能力、抗衰落能力、抗多徑干擾能力、組網(wǎng)能力、窄帶系統(tǒng)的兼容能力、傳輸距離等多個方面來考慮,選擇最為適合的無線擴頻技術(shù),這樣才能滿足實際無線通信的需要,提供更好的通信支撐能力。
參考文獻
[1] 于江,王春嶺,沈劉平.擴頻通信技術(shù)原理及其應(yīng)用[J].中國無線電,2010(03).
【關(guān)鍵字】 飛行試驗 無線光通信 遙測
隨著我國航空工業(yè)的發(fā)展,各種新型號飛機的機載系統(tǒng)發(fā)展突飛猛進,這樣對試飛測試提出了更高的要求,測試參數(shù)和種類的增多直接導(dǎo)致數(shù)據(jù)量的膨脹,同時也對遙測系統(tǒng)形成考驗。傳統(tǒng)遙測鏈路使用的是視距微波通信技術(shù),可靠的數(shù)據(jù)傳輸速率在幾到幾十兆比特每秒量級。顯然,傳統(tǒng)遙測鏈路所能承載的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)種類很有限,隨著試飛需求的增加,這將成為未來遙測方案設(shè)計的瓶頸,尤其針對高清視頻等高速率信號傳輸,帶寬不足的問題會更為突顯。
為解決以上問題,本文旨在探索將無線光通信技術(shù)應(yīng)用行試驗中。無線光通信技術(shù)以光波為載頻傳輸信息,相比于微波技術(shù)傳輸容量大的多,遠距離傳輸可達Gbps級,將會給飛行試驗遙測提供極大的靈活性,并且還具有高度保密,無需頻譜牌照等先天優(yōu)勢。
一、機載光通信技術(shù)
1.1 機載無線光通信技術(shù)應(yīng)用案例
國外科學(xué)家很早之前就開始對機載光通信系統(tǒng)進行研究,并且做了豐富的試驗。
1980年在美國新墨西哥白沙導(dǎo)彈靶場進行飛機與地面之間的激光通信試驗,試驗持續(xù)三個月,總計工作200小時,激光通信設(shè)備安裝在USAF-KC-135飛機上,圍繞地面站飛行,相距10~100km之間,完成了用窄光束進行激光光束捕獲/跟蹤,對準(zhǔn)試驗認證,實現(xiàn)下行1000Mbps,上行200kbps的信息傳輸。
1996年12月美國Thermo Trex公司在San Diego進行了飛機-地面站遠距離的激光通信試驗。機上的APT系統(tǒng),粗跟蹤萬向支架水平可在±180°、垂直+10°~-90°范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動,信標(biāo)光束散角為2mrad,信號光束散角為100urad。
1.2 機載無線光通信技術(shù)簡介
機載光通信技術(shù)是以飛機為平臺,進行空-地或空-天無線光通信。如圖1.1為機載無線光通信系統(tǒng)上行通信原理框圖。
地面站一般是可移動式車載光端機及處理系統(tǒng),根據(jù)飛行計劃在地面選取合適的區(qū)域駐扎。
信標(biāo)光用來進行光端機之間的光束捕獲,即粗跟蹤,這項技術(shù)在大致方位(一般用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)系統(tǒng)引導(dǎo)到初始位置)掃描另一端光端機的信標(biāo)光從而實現(xiàn)光束捕獲,將接收到的光信號引導(dǎo)到定位探測器上進行精跟蹤,最后調(diào)整收發(fā)端,使光束對準(zhǔn)。
位置誤差模塊為位置探測器,可以探測出光信號光斑投射到其檢測面的位置,根據(jù)既定規(guī)則得出的特定位置誤差傳送給計算機處理,進而控制粗跟蹤系統(tǒng)和精跟蹤系統(tǒng)進行方位矯正,實現(xiàn)光束對準(zhǔn)。
二、飛行試驗中應(yīng)用無線光通信技術(shù)的探討
2.1 飛行試驗中的無線光通信技術(shù)
在飛行試驗中應(yīng)用無線光通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2.1所示,采集器所采集到的全部或所有需實時監(jiān)控的數(shù)據(jù)都可以和記錄器輸出的視頻數(shù)據(jù)或總線數(shù)據(jù)合路后,經(jīng)過電光調(diào)制,直接通過機載無線光通信系統(tǒng)光端機下發(fā)給地面站。地面站將接收到的光信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換還原,解復(fù)用各路數(shù)據(jù)流以待后續(xù)處理分析。該系統(tǒng)還具有上行傳輸能力,可以遠程控制整個試飛測試系統(tǒng),實現(xiàn)遙控遙測能力。
因為無線光通信系統(tǒng)的傳輸速率很高,應(yīng)對目前飛行試驗遙測的強度綽綽有余,未來的飛機系統(tǒng)復(fù)雜,機載系統(tǒng)集成度以及交換信息量會越拉越大,再加上飛機航電系統(tǒng)的飛速發(fā)展,在未來飛行試驗中有必要加大試飛實時監(jiān)控的力度,無線光通信技術(shù)應(yīng)由其發(fā)展的一席之地。
2.2 飛行試驗中無線光通信技術(shù)的發(fā)展方向
飛行試驗遙測系統(tǒng)引入無線光通信技術(shù)將有效緩解及應(yīng)對未來遙測數(shù)據(jù)量的增加,后期此項技術(shù)還可以繼續(xù)演進。
1)微波/無線光通信復(fù)合式遙測技術(shù)
微波與光波可分別應(yīng)對不同的氣候狀況,若將微波技術(shù)與無線光通信技術(shù)結(jié)合使用,互為冗余,那么可靠性將極大的提高,確保遙測數(shù)據(jù)可靠下傳。
2)全光無線光通信技術(shù)
本文介紹的無線光通信系統(tǒng)整體為電-光-電類型,這種架構(gòu)為系統(tǒng)擴容的瓶頸。所以本系統(tǒng)一個演進方向為全光型無線光通信系統(tǒng),光信號由光纖放大器放大后直接由光纖發(fā)射,通過光學(xué)天線的整形準(zhǔn)直發(fā)射出去,接收端由光學(xué)天線直接將光束耦合進入光纖繼續(xù)傳輸。這樣,無線光通信即可稱為真正的“虛擬光纖”,可協(xié)議透明的傳輸?shù)墓庑盘枴2⑶也ǚ謴?fù)用技術(shù),可以使系統(tǒng)容量成倍的增加,不同種類的信號可以調(diào)制到不同波長上同時傳輸。
1引言
ZigBee無線通信技術(shù)作為一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和藍牙之間雙向無線通信技術(shù),以其距離短、功耗少、速度慢、成本低、可靠性高的特點,正一步步進入無線通信領(lǐng)域的浪潮中。
該技術(shù)是基于IEEE批準(zhǔn)的802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的有關(guān)自組網(wǎng)、安全和應(yīng)用軟件方面的技術(shù)[1]。ZigBee協(xié)議框架如圖一所示。ZigBee無線通信技術(shù)主要適合于對距離、功耗以及傳輸速率要求不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膱鼍啊?/p>
2 ZigBee無線通信技術(shù)的優(yōu)勢
(1)功耗低。ZigBee無線通信技術(shù)的傳輸速率較低,且其發(fā)射功率僅為1mW,故采用ZigBee技術(shù)的設(shè)備非常省電。同時,ZigBee技術(shù)運行時,采用休眠模式,更有效的減少了功耗。
(2)成本低。含有ZigBee無線通信技術(shù)的模塊,起始時成本在大約在6美元。不過隨著ZigBee無線通信技術(shù)的不斷普及,在未來幾年,很有可能降到1.8美元左右。ZigBee無線通信協(xié)議免專利費也為ZigBee技術(shù)的廣泛使用奠定基礎(chǔ)。
(3)時延短。通信時延和從休眠狀態(tài)激活的實驗都非常短,故對實驗要求較高的無線控制設(shè)備上面可以采用ZigBee無線通信技術(shù)。
(4)網(wǎng)絡(luò)容量大。每個ZigBee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納的設(shè)備數(shù)量有255個。網(wǎng)絡(luò)容量大且網(wǎng)絡(luò)組成較為靈活為ZigBee技術(shù)的進一步推廣做了鋪墊。
ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)如圖二所示。
(5)可靠性高。ZigBee無線通信技術(shù)采取了CSMA/CA方法。其為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時隙,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時產(chǎn)生的競爭和沖突。在MAC層采取了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸模式。每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須在等待接收方的確認信息后才可以進行下一個數(shù)據(jù)包的傳輸。在傳輸過程中,如果出現(xiàn)問題可以進行數(shù)據(jù)包的重發(fā)。
(6)安全性高。ZigBee技術(shù)提供CRC(循環(huán)冗余校驗)的數(shù)據(jù)包完整性檢查功能,同時,支持鑒權(quán)和認證。在保密方面,其采用了AES-128的加密算法,各個應(yīng)用可以較為靈活地確定其安全屬性。
3 ZigBee無線通信技術(shù)的應(yīng)用場景
ZigBee無線通信技術(shù)起初是希望發(fā)展一種易于建構(gòu)的低成本無線網(wǎng)絡(luò)。在其發(fā)展的初期,ZigBee無線通信技術(shù)主要以工業(yè)或企業(yè)市場為主,致力于工業(yè)或企業(yè)的感應(yīng)式網(wǎng)絡(luò),如提供感應(yīng)辨識、燈光與安全控制等功能。隨后,將逐漸把市場拓展至家庭應(yīng)用,給整個社會提供便利。
采用ZigBee無線通信技術(shù)的應(yīng)用場景如下,通常滿足其中之一即可:
(1)設(shè)備預(yù)算少,成本低,數(shù)據(jù)傳輸量??;
(2)設(shè)備整體體積小,無法放置較大的模塊;
(3)只能使用一次性電池,不能進行足夠的電力支持;
(4)頻繁更換電池或者反復(fù)充電難度較大,不易實現(xiàn);
(5)在通信時需要較大范圍的通信覆蓋,但網(wǎng)絡(luò)中僅用于監(jiān)測的設(shè)備繁多。
4 ZigBee無線通信技術(shù)的發(fā)展前景
ZigBee無線通信技術(shù)是一個針對傳感器網(wǎng)絡(luò)、建筑自動化等應(yīng)用的短距離無線技術(shù)規(guī)范[2]。隨著網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)的迅速興起,ZigBee技術(shù)在未來將很快成為全球高端的無線技術(shù)。在應(yīng)用上,ZigBee技術(shù)與其他標(biāo)準(zhǔn)幾乎沒有交叉,以其傳輸速率低,較好地彌補了無線通信技術(shù)在這方面的空白。在實際應(yīng)用中,低速率和低成本的無線通信在自動控制、無線傳感網(wǎng)絡(luò)、家居自動化等諸多領(lǐng)域更貼近日常生活,具有廣泛的市場[3]。
ZigBee技術(shù)以其超強的生命力和優(yōu)勢,應(yīng)用前景被十分看好,在傳感器網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)、農(nóng)學(xué)、醫(yī)學(xué)等方面值得廣大技術(shù)人員研究。
關(guān)鍵詞:無線通信技術(shù);人才培養(yǎng);企業(yè)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃
隨著計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷更新與發(fā)展,作為通信領(lǐng)域重要分支的無線通信技術(shù),為企業(yè)構(gòu)建無線網(wǎng)絡(luò)平臺提供了技術(shù)支撐。
一、在無線通信行業(yè)里,企業(yè)實施人才培養(yǎng)的指導(dǎo)思想
作為一家科技含量很高的無線通信企業(yè),在實施人才培養(yǎng)的過程中,需要結(jié)合企業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略,來適應(yīng)社會對無線專業(yè)技術(shù)人才的培養(yǎng)目標(biāo)。注重員工的綜合能力,不僅包括對無線通信行業(yè)所擁有的豐厚的技術(shù)性知識體系,還應(yīng)該將員工的動手實踐能力作為一項基本素養(yǎng),為此,加大實踐環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練,讓員工從實際工作中來提升自身的能力和水平,為企業(yè)培育更多的、高技術(shù)、應(yīng)用型、復(fù)合型人才。為此,結(jié)合無線通信技術(shù)專業(yè)培育實際,從企業(yè)的各部門、各崗位進行全面分析,不斷調(diào)整培育模式,以適應(yīng)通信技術(shù)不斷更新發(fā)展的現(xiàn)狀,并將企業(yè)人才戰(zhàn)略培育計劃中,將規(guī)范的人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),建立在員工能力訓(xùn)練的基礎(chǔ)之上,優(yōu)化企業(yè)培訓(xùn)隊伍建設(shè),強化企業(yè)員工的教學(xué)管理能力,切實推進企業(yè)對高素質(zhì)通信技術(shù)人才培養(yǎng)目標(biāo)的實施。
二、將應(yīng)用型人才的培養(yǎng)理念貫穿于整個教學(xué)過程
先進的教育理念、教學(xué)方法和教學(xué)手段是保證培養(yǎng)應(yīng)用型人才的必要條件,而優(yōu)質(zhì)的教學(xué)內(nèi)容、先進的實驗條件和現(xiàn)代化的管理手段也是必不可少的。本科教育理念是知識和能力、超越和創(chuàng)新并重,培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的新型的科技人才
1. 設(shè)置與通信領(lǐng)域發(fā)展相適應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容
知識的寬和知識的新是創(chuàng)新人才成長的物質(zhì)條件。因此,培養(yǎng)的應(yīng)用型人才將來能否創(chuàng)新,很大程度上取決于所學(xué)知識的覆蓋面和知識的先進性?,F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)特別是無線通信技術(shù)的發(fā)展日新月異,教學(xué)內(nèi)容必須跟得上時代的變化。要按照“少而精”的原則設(shè)置必修課,以確保學(xué)生具備較為扎實的基礎(chǔ)知識;要增加教學(xué)計劃的柔性,增加選修課比重,允許學(xué)生跨院(系)、跨學(xué)科選修課程;要拓寬知識面、細化專業(yè)方向,使培養(yǎng)的學(xué)生既具有適應(yīng)性又具有多樣性;要加大設(shè)計教育和工程訓(xùn)練(包括工程試驗和實踐訓(xùn)練)在教學(xué)計劃中的比例,強化學(xué)生實動手能力和實踐技能,要積極引導(dǎo)學(xué)生參與教師的科學(xué)研究。優(yōu)化課程結(jié)構(gòu)體系,按素質(zhì)教育和能力教育思想重新組織專業(yè)課程、編寫反映時代氣息的新教材和創(chuàng)建相關(guān)的教學(xué)軟件、建設(shè)開放性實驗室和加強綜合實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等。例如,無線通信專業(yè)方向設(shè)置了移動通信新技術(shù)、無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件無線電等新課程,其目的就是培養(yǎng)掌握現(xiàn)代通信技術(shù)的新型人才。
2. 研究教學(xué)方法,培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力
高等學(xué)校是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的基地和搖籃,肩負著重要的歷史使命。無線通信專業(yè)方向的教學(xué)更需要更新觀念,把培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力作為應(yīng)用型人才培養(yǎng)的核心。創(chuàng)新能力來源于扎實的基礎(chǔ)知識和良好的素質(zhì)。教師作為課堂教學(xué)的主導(dǎo),在現(xiàn)代化的課堂中,要從知識的傳授者變?yōu)閷W(xué)生學(xué)習(xí)和科技創(chuàng)新活動的指導(dǎo)者;要尊重學(xué)生的個性、興趣和性格的多樣化;要營造民主、寬松的學(xué)習(xí)氛圍,培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力;對學(xué)生的評價要以促進和激勵學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展為主導(dǎo)。在學(xué)科發(fā)展和人才培養(yǎng)方面,要積極吸收國外先進的技術(shù)和經(jīng)驗,注重創(chuàng)新意識的培養(yǎng)。
建立一支知識層次高、實踐能力強、高素質(zhì)教師團隊,是應(yīng)用型人才培養(yǎng)的有力保證。教授、副教授既是科研帶頭人,又承擔(dān)著一定的教學(xué)任務(wù),要把科研和教學(xué)緊密結(jié)合,促進教學(xué)質(zhì)量的提高。教師要定期開展教學(xué)研究、學(xué)術(shù)研討活動,使學(xué)院形成一個良好的學(xué)術(shù)氛圍,為社會培養(yǎng)合格的工程技術(shù)人才奠定扎實的基礎(chǔ)。
三、無線通信專業(yè)工程實踐能力的措施
1. 對人才培養(yǎng)目標(biāo)進行重新定位
隨著社會化網(wǎng)絡(luò)的形成,大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)也隨之蓬勃發(fā)展,同時也使得無線通信領(lǐng)域的相關(guān)研究、開發(fā)、設(shè)計等環(huán)節(jié)也日趨復(fù)雜化與專業(yè)化,所以社會對于無線通信專業(yè)的人才需求量也在迅速增加。市場的需求決定了人才的定位,人才的定位決定了人才培養(yǎng)策略的具體構(gòu)成。面對當(dāng)前企業(yè)的具體實際,將無線通信專業(yè)所培養(yǎng)的人才定位于應(yīng)用型、復(fù)合型人才的培養(yǎng)目標(biāo)上。
2. 分專業(yè)方向進行培養(yǎng)
無線通信技術(shù)發(fā)展迅速,對于專業(yè)技術(shù)人才的要求也越來越細化,信息產(chǎn)業(yè)部人事司將通信工程師分為九種類別,包括有線傳輸工程、無線通信公告稱、數(shù)據(jù)通信工程等。企業(yè)培訓(xùn)部門結(jié)合具體的工作崗位,在進行分專業(yè)培養(yǎng)時,要結(jié)合企業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略需求情況,利用現(xiàn)有的培訓(xùn)隊伍和實踐能力訓(xùn)練條件,從員工的興趣和基礎(chǔ)出發(fā),有針對性的開展分專業(yè)方向的培養(yǎng)計劃的實施,為此,開展分專業(yè)方向的無線通信專業(yè)培訓(xùn)計劃,可以實現(xiàn)員工的自主選擇,也能夠調(diào)動員工的工作積極性,促進其更深入的參加專業(yè)研究和實踐的過程中去。
3. 實踐技能和能力的培養(yǎng)
根據(jù)應(yīng)用型無線通信技術(shù)專業(yè)人才的要求,應(yīng)當(dāng)加強實踐教學(xué)環(huán)節(jié),增加綜合實訓(xùn)、綜合設(shè)計與科技制作等實踐環(huán)節(jié),帶領(lǐng)員工從實踐中來發(fā)現(xiàn)問題,展開討論,解決實際問題,以適應(yīng)無線通信技術(shù)對專業(yè)應(yīng)用型人才的要求。在對專業(yè)理論知識進行實踐過程中,比如對電磁場與電磁波的學(xué)習(xí)和分析,對高頻電路的實踐和分析,對對微機原理和接口技術(shù)的學(xué)習(xí)和實踐中,充分發(fā)揮員工對知識的認知和理解,從實際工作中來加強其對具體設(shè)施、設(shè)備的綜合性運用,以提高對工作崗位的勝任力。
四、結(jié)語
通過對無線通信專業(yè)方向人才培養(yǎng)、教學(xué)模式的研究與實踐,修訂、完善專業(yè)的課程體系設(shè)置企業(yè)發(fā)展的規(guī)劃上來,結(jié)合崗位對員工的實際需求,從應(yīng)用型、綜合型的人才戰(zhàn)略上來調(diào)整培訓(xùn)課程和計劃,使得員工在理論知識的指導(dǎo)下,利用實踐訓(xùn)練和工程應(yīng)用,來建立知識與能力之間的橋梁,從而實現(xiàn)對企業(yè)通信技術(shù)人才的全面發(fā)展。為無線通信專業(yè)方向的發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。
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【關(guān)鍵詞】5G無線通信技術(shù);發(fā)展;追蹤;分析
一、5G無線通信技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢
根據(jù)相關(guān)部門預(yù)測,在未來的五年內(nèi),全球的移動通信行業(yè)增長將達到26倍,這無疑是個驚人的數(shù)字,可見5G無線通信行業(yè)的潛力。我們可以展望,舊的事物一定會被新的事物所替代,舊的技術(shù)也一樣將被新的技術(shù)所代替,5G必然會成功取代現(xiàn)有的通信技術(shù),成為通信技術(shù)的新選擇。但是事物的發(fā)展也是雙面性的。5G是無線通信領(lǐng)域的機會,也會是其所要攻破的挑戰(zhàn)和難關(guān)。新技術(shù)的發(fā)展不會是一帆風(fēng)順的,會遇到許多問題,尤其是技術(shù)問題,很多技術(shù)不是一朝一夕可以設(shè)計出來的,技術(shù)的革新也并不容易。這就需要技術(shù)人才的努力,還有學(xué)術(shù)界的努力,發(fā)展具有我國自主產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。為了實現(xiàn)這個目標(biāo),我國電信系已經(jīng)建立了寬帶無線ip通信試驗網(wǎng),同時也注重人才的開發(fā)的培養(yǎng),培養(yǎng)了一大批技術(shù)過硬的人才,還有國外企業(yè)建立了良好的關(guān)系,在技術(shù)上進行交流革新。
二、5G無線通信技術(shù)發(fā)展追蹤技術(shù)及分析
1.高頻傳輸技術(shù)。在我國,無線通信技術(shù)及其應(yīng)用發(fā)展迅速,導(dǎo)致了低頻段普資源十分緊張,使5G在現(xiàn)有的資源中找不到新頻段,5G的發(fā)展必然受到阻礙。而且5G作為新的技術(shù)需要更大的傳輸寬帶,工作頻率的要求也隨之提高。目前,各國的各大通信企業(yè)和研究機構(gòu)都在進行積極的研究工作,也取得一些成果。比如,韓國的三星公司在高頻傳輸中已經(jīng)可以對28GHz和37GHz頻段的傳播進行了信道的測量,還研發(fā)了系統(tǒng)設(shè)備樣機,證明這種傳播的可行性。與此同時,又發(fā)現(xiàn)了問題,電磁傳播的特性不完全適宜高頻傳播,使高頻傳輸?shù)膶嶋H困難任然有待解決。此外,高頻段的設(shè)備技術(shù)難度高,花費大,這些都會成為阻礙5G技術(shù)的發(fā)展因素。
2.密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通訊業(yè)為了應(yīng)對未來業(yè)務(wù)增長的需求,決定采用更加密集的小區(qū)部署方案以此來提高總體的性能。隨著現(xiàn)代小區(qū)的建設(shè),小區(qū)的密度也會增加,使整個網(wǎng)絡(luò)的拓撲變得越來越復(fù)雜,互相干擾的問題也會日趨嚴(yán)重。所以這是一個難點,要提高抗干擾能力,加強網(wǎng)絡(luò)抗干擾的管理。但是好處是密集小區(qū)技術(shù)會增強網(wǎng)絡(luò)的靈活性和應(yīng)變性,可以針對不同的用戶快速的部署,快速擴大市場,搶占有利時機,在現(xiàn)代競爭激勵的情況下是十分有效的。可問題是,小區(qū)密度的增加會給網(wǎng)絡(luò)的容量和無限資源帶來挑戰(zhàn)。這要求這些資源的利用率要顯著提高,否則無法適應(yīng)用戶的增長。應(yīng)對問題目前的研究結(jié)果有如下幾個。第一,采用微蜂窩進行滲透率的提高。根據(jù)實驗的結(jié)果,當(dāng)微蜂窩的滲透率達到20%時,容量可以以1000倍進行提升,這個技術(shù)可以很好的擴展容量,使5G無線通信技術(shù)的發(fā)展?jié)摿M一步提升。第二,為了防止干擾的新技術(shù)采用了小區(qū)協(xié)調(diào)技術(shù)和參考信號技術(shù)相互配合,他們可以在不同的自由度通過自身的調(diào)控進行防干擾,防止信號的相互交錯導(dǎo)致信息的失誤。等到這類問題相繼的解決,未來的5G無線通信技術(shù)肯定會得到重大的突破,并且得到廣泛的應(yīng)用。
三、小結(jié)
毋庸置疑,5G無線通信技術(shù)的發(fā)展一定是通信行業(yè)的前沿,是通信行業(yè)必然的趨勢。隨著網(wǎng)絡(luò)的日益強大,用戶對網(wǎng)絡(luò)的性能的要求也水漲船高,5G的發(fā)展被行業(yè)日漸重視。它帶來的變革不僅是通信技術(shù)速度上的提高、信息的安全,還會形成一個整體,使整個世界的通信都可以互通有無。而且我們相信在5G無線通信技術(shù)發(fā)展的道路上,中國作為一個大國可以引領(lǐng)世界的潮流,促進世界經(jīng)濟共同發(fā)展,同步全球的信息,5G的未來也會對其他帶來前所未有的改變,使整個世界都變成更加智能化、完善化的移動網(wǎng)絡(luò)的世界。
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不知道你是否也有這種情況?每一次去商場,最煩惱的除了沒有地方停車之外就是尋找停在地下停車場某處的車,幾乎每一次都是左手拎著一堆東西,右手拿著車鑰匙朝著各個方向試探著打開車鎖,這時候就希望如果能有一個導(dǎo)航幫助找到車該有多好。物聯(lián)網(wǎng)時代,全新的生活方式讓我們花費更多的時間在室內(nèi)。有數(shù)據(jù)顯示,人們87~90%的時間在室內(nèi)度過。如今,室內(nèi)空間越來越大,活動也越來越豐富,人們在室內(nèi)的時間也隨之能加。由于密閉空間內(nèi)人的方向感減弱,使得在停車場、商場、醫(yī)院等大型室內(nèi)場所中尋找走散的伙伴、尋找目標(biāo)商品等行為變得不再那么容易,人們對室內(nèi)定位需求越來越大。同時,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速,根據(jù)Gertner預(yù)測,到2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將達到260億個,物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模將達到1.9萬億美元,中國作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展最具潛力的國家,有望超越美國市場成為世界最大的物聯(lián)網(wǎng)市場。作為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的底層支撐,室內(nèi)定位技術(shù)顯得愈加重要,我國政府也十分重視室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展。據(jù)國際權(quán)威機構(gòu)預(yù)測,室內(nèi)定位服務(wù)將成為下一個千億美元級藍海市場。
2無線通信技術(shù)介紹
2.1什么是無線通信
無線通信是一種常見的通信方式,主要方式是通過電磁波信號在自由空間內(nèi)傳輸進而實現(xiàn)信息的交換。如今無線通信已經(jīng)成為我們生活中重要的組成部分,比如使用手機打電話、發(fā)短信、玩游戲等都是使用的無線通信進行的信息傳輸。由于無線通信的傳輸是在自由空間內(nèi)進行的,無需借助任何物理線路,所以不需要進行大量的鋪設(shè)線路、維修線路的工作。相比傳統(tǒng)的有線傳輸方式中檢修、排查故障過程復(fù)雜,無線通信在檢測、維修方面更加容易操作,無需到現(xiàn)場處理,只需要遠程診斷即可。需要調(diào)整傳輸線路時只需簡單微調(diào)即可,而且環(huán)境適應(yīng)能力強。憑借這諸多優(yōu)勢,近些年在信息通信領(lǐng)域,無線通信技術(shù)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣。
2.2幾種主流無線通信技術(shù)
為適應(yīng)不同的環(huán)境,目前市面上存在著多種無線通訊技術(shù),衛(wèi)星通信、短波通信、藍牙、無線寬帶(Wi-Fi)、GPRS、EnO-cean等等不一而足,下面將對市面上幾種主流的無線通信技術(shù)進行簡單介紹:
2.2.1藍牙(Bluetooth)
1998年5月,東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞等公司共同提出了一種無線距離數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)-藍牙。這一傳輸方式相信大家都不陌生,早在很久以前,每臺手機就會配備藍牙功能,供用戶進行點對點或者一點對多點的音頻、視頻、文字等數(shù)據(jù)傳輸。使用藍牙功能時我們不難發(fā)現(xiàn),短距離內(nèi),這種傳輸方式的傳輸速度非常快,而且不易受到干擾。技術(shù)要求在100m范圍內(nèi),它的數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達1Mbps。如今藍牙技術(shù)被廣泛應(yīng)用在辦公環(huán)境、汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、信息家電等不同情境下,幫助電腦、打印機、傳真機、相機、耳機等各類設(shè)備進行數(shù)據(jù)傳輸。
2.2.2無線寬帶(Wi-Fi)
Wi-Fi在現(xiàn)代生活、工作中不可或缺,無論是人員密集如火車站、咖啡館、商場、餐廳、圖書館、校園內(nèi)、辦公室等公共場所,還是每個家庭里都基本實現(xiàn)被Wi-Fi覆蓋。其覆蓋半徑可達100m左右,只要用戶的終端機在覆蓋范圍內(nèi)就可以通過連接Wi-Fi“熱點”上網(wǎng),并且傳輸速率非??欤浅_m合移動辦公。而且“熱點”發(fā)射設(shè)備的發(fā)射功率約為60~70mW,輻射非常小,人們可以安全上網(wǎng)。
2.2.3GPRS
GPRS(通用無線分組業(yè)務(wù))是由中國移動開發(fā)運營的一種基于GSM通信系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù),傳輸信息時會將數(shù)據(jù)封裝打包,像郵寄包裹一樣將數(shù)據(jù)包一個一個地送出去,以方便計費。這種傳輸方式只有在傳輸資料時才會占用頻寬,有效提高了網(wǎng)絡(luò)的利用率,便于高速傳輸。使用中國移動網(wǎng)絡(luò)的手機上網(wǎng)采用的無線通信方式就是GPRS。
2.2.4EnOcean
EnOcean能使用868MHz,902MHz,928MHz和315MHz四個頻段,還是是世界上唯一一個使用能量采集技術(shù)的無線通信方式。EnOcean傳輸系統(tǒng)中的能量采集模塊采集到周圍環(huán)境中諸如光、熱、電波、人體動作中釋放的微弱的電力,將這些能量供給超低功耗的無線通訊模塊實現(xiàn)信息的傳輸。這種傳輸方式在室外的傳輸距離是300m,室內(nèi)的傳輸距離為30m。
2.3比較與選擇
通過前文分析,我們對上面上幾種主流無線通信技術(shù)有了一定的了解。藍牙技術(shù)具有功耗低且傳輸速率快、建立連接的時間短、穩(wěn)定性好、安全度高、近距離內(nèi)傳輸速度快的優(yōu)點,但連接設(shè)備數(shù)量相對較少,具有單一連接性;Wi-Fi傳輸范圍廣、速度快、普及應(yīng)用度高,但功耗大、價格貴且存在一定的安全隱患;GPRS資源利用率高、傳輸速率高、接入時間短,但會出現(xiàn)數(shù)據(jù)遺失、終端不支持無線終止功能、有延時性;EnOcean功耗低、成本低、掉線率低、工作頻段靈活,但室內(nèi)傳播距離近、數(shù)據(jù)信息傳輸速率低、有延時性。介于室內(nèi)定位的特定環(huán)境要求,比較后可知穩(wěn)定性好、安全度高、傳輸速率快的藍牙技術(shù)為最優(yōu)選擇。
3基于無線通信技術(shù)的室內(nèi)定位原理
隨著多種科學(xué)多種技術(shù)的綜合發(fā)展,室內(nèi)定位技術(shù)正在逐步優(yōu)化。各類適應(yīng)不同環(huán)境的無線通信室內(nèi)定位機制有很多,諸如前文中提到的藍牙技術(shù),在目前的室內(nèi)環(huán)境下是比較理想的手段?;跓o線通信技術(shù)實現(xiàn)的室內(nèi)定位,原理看似高深,但其實核心技術(shù)只有兩個,即:雙目測距原理及信息融合算法。雙目測距原理隨著生物解剖學(xué)的發(fā)展,人類逐漸開始對眼睛的功能有了科學(xué)的認識。人的眼睛內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜,是一個高級的天然光通過實驗我們能夠發(fā)現(xiàn),藍牙基站對藍牙標(biāo)簽的定位效果非常理想,但實驗畢竟是在相對理想的環(huán)境下進行的。在實際應(yīng)用中,目標(biāo)種類繁多、信號情況復(fù)雜,如果想要將該中模式投入到實際應(yīng)用中還需要進一步改進。比如在某個固定的場所內(nèi)需要搭建一個平臺,不但提供位置信息,還提供更多產(chǎn)品相關(guān)信息。平臺首先對產(chǎn)品類目進行劃分,獲得不同的產(chǎn)品位置后發(fā)送位置信息,用戶通過位置信息找到相應(yīng)產(chǎn)品后展示商品參數(shù)等,以供用戶參考。
關(guān)鍵詞:5G無線通信技術(shù);網(wǎng)絡(luò)技術(shù);應(yīng)用前景
15G無線通信技術(shù)概述
5G無線通信技術(shù)就是第五代移動通信技術(shù),是4G移動網(wǎng)絡(luò)的升級和延伸,目前在世界的主要地區(qū)都在大力研發(fā)5G移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù),我國的5G技術(shù)目前正處于關(guān)鍵的研發(fā)試驗階段,已經(jīng)確定為未來新一代的主要通信技術(shù)。相對于4G移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù),5G是在其基礎(chǔ)上的全面提升,具備極高的性能、低延遲以及高容量的眾多優(yōu)勢特點,在試驗的過程中,5G擁有更寬的帶寬,這意味著更高的速率,用戶將享受到更高的網(wǎng)速體驗,5G移動網(wǎng)絡(luò)能夠適應(yīng)一些特殊行業(yè)對網(wǎng)速的超高要求,還具備更好的安全性和可靠性,為多種智能制造產(chǎn)業(yè)提供大力支持。雖然,我國的5G技術(shù)還處于研發(fā)階段,但是以目前的進展相信很快就會問世,下面我們就著重介紹5G技術(shù)的特點以及一些關(guān)鍵技術(shù)的內(nèi)容。
25G技術(shù)特點分析
(1)5G技術(shù)是對舊有的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的全面升級,不僅體現(xiàn)在網(wǎng)速方面,而且無線信號的覆蓋是全方位的,無處不在的,用戶不管在什么方位和區(qū)域內(nèi),都可以利用5G技術(shù)實現(xiàn)無縫連接并體驗高速網(wǎng)絡(luò)帶來的實惠和便利,信號覆蓋范圍的擴大,是5G技術(shù)最大的突破和技術(shù)創(chuàng)新,使更多的用戶和偏遠地區(qū)的民眾可以享受到高質(zhì)量以及高速率的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),也為發(fā)展經(jīng)濟注入了新活力。(2)目前的各種移動端電子設(shè)備都存在較大的耗電量問題,無論是智能手機、手環(huán)還是智能平板電腦,一旦在無線網(wǎng)絡(luò)運行環(huán)境下,耗電量會迅速增大,用戶不得不頻繁充電,而很多情況下只能暫停一些網(wǎng)絡(luò)服務(wù),給用戶的體驗感受帶來不良影響。5G技術(shù)有望實現(xiàn)最低限度的能耗目標(biāo),在享受高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的同時,還能保持較低的耗電量。(3)網(wǎng)絡(luò)速率也就是網(wǎng)絡(luò)流量的分配是重要的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)指標(biāo)之一,在用戶使用現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時,如果出現(xiàn)大量用戶同時使用的情況,就會發(fā)生較大的延遲和卡頓現(xiàn)象,網(wǎng)速會急速下降,影響了用戶的使用感受,5G技術(shù)能夠很好的分配網(wǎng)絡(luò)流量,防止延遲和長時間緩沖的情況發(fā)生。
35G無線通信的關(guān)鍵技術(shù)分析
3.1毫米波技術(shù)
目前,我們的網(wǎng)速還受到帶寬和其頻譜資源的限制,在眾多的用戶同時使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時,在帶寬不斷的情況下,就必須共享和分配有限的頻譜資源來保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的提供,但是隨著越來越多用戶的加入,我們享受的資源被均化,網(wǎng)速也會愈加遲緩,因此5G技術(shù)能夠利用毫米波技術(shù)增加頻譜的帶寬,也就擴大了可用的寶貴的頻譜資源,與提高頻譜利用率的技術(shù)相結(jié)合,網(wǎng)速自然大幅提高,毫米波技術(shù)是首次將頻譜帶寬的資源擴大的應(yīng)用技術(shù),而且其突破了自身的技術(shù)壁壘,改變了以往只能在衛(wèi)星、雷達等關(guān)鍵設(shè)備上使用的情形,很多的移動網(wǎng)絡(luò)運營商也逐漸將毫米波技術(shù)應(yīng)用在無線網(wǎng)絡(luò)的頻譜帶寬中。但是該技術(shù)存在被障礙物干擾,不適應(yīng)遠距離信號的傳輸?shù)葐栴}。
3.2波束成形技術(shù)
信號的強弱在于其傳播的過程中能夠抵御各種干擾,將信號變強以更快的速度發(fā)射出去,是5G技術(shù)的關(guān)鍵組成部分,也是其由于其他技術(shù)的重要特征之一。以往的天線和基站的信號傳播都以全方向發(fā)射的方式向外傳送信號,不僅分散了信號的力量,而且在遠距離的傳送距離中,很容易受到各種障礙物的阻攔和干擾,以及其他信號的削弱,而5G技術(shù)能夠?qū)⑿盘柊凑仗囟ǖ姆较虿⑶壹Y(jié)成束的形式高速發(fā)射出去,能夠運用精密的算法精確的定位用戶移動端位置,將信號準(zhǔn)確的發(fā)送到用戶位置,大大提升了信號也就是頻譜資源的合理使用率,降低了在遠距離傳送過程中的消耗和浪費,而且由于信號成形后增強,能夠抵御各種障礙物或者其他信號的干擾。
3.3密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
隨著用戶對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的要求越來越高,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也要不斷更新。其中一種比較好的技術(shù)就是應(yīng)用更加密集化小區(qū)網(wǎng)絡(luò)部署,這個技術(shù)是一種有效提升5G無線通信技術(shù)中網(wǎng)絡(luò)總體性能的方法,但是依靠現(xiàn)在的技術(shù)應(yīng)用好密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù),有一個難點問題,就是干擾問題,提高無線網(wǎng)絡(luò)通信信號的抗干擾能力,重點是對邊緣用戶的網(wǎng)絡(luò)性能的提高。在這密集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下,在未來的5G無線通信網(wǎng)絡(luò)將會成為“宏蜂窩+長期微蜂窩+臨時微蜂窩”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。這種架構(gòu)會降低用戶端網(wǎng)絡(luò)端口對于網(wǎng)絡(luò)前期規(guī)劃的依賴性,增強了5G無線通信的靈活性。
45G未來發(fā)展趨勢
經(jīng)過幾年的不斷探索,華為于2016年4月已宣布在成都完成了IMT-20205G技術(shù)推進組第一階段關(guān)鍵空口技術(shù)驗證以及性能測試,其結(jié)果完全符合預(yù)期。同時,工信部十分重視有關(guān)于5G的技術(shù)研發(fā)以及標(biāo)準(zhǔn)研制,其研發(fā)組已計劃在2016到2018年分三個階段實施有關(guān)于5G的研發(fā)實驗:分別為5G關(guān)鍵技術(shù)實驗、5G技術(shù)方案驗證及5G系統(tǒng)驗證??v觀國內(nèi)外有關(guān)于5G的發(fā)展趨勢,2020年5G的遍布全球已是勢在必行,而誰能在未來的競爭市場中占得先機,誰就能影響未來的移動通信走向。
5結(jié)語
總而言之,處在5G無線通信快要到來的時間段里,必須抓緊對該技術(shù)的研究,增強無線通信方面的技術(shù)實力和理論基礎(chǔ)。5G無線通信技術(shù)的快速發(fā)展進步,是促進全球經(jīng)濟一體化的助力之一。
作者:趙春燕 郝 勇 單位:中國移動通信集團設(shè)計院有限公司黑龍江分公司
參考文獻:
大規(guī)模MIMO;寬帶無線通信;綠色無線通信
現(xiàn)代信息社會的發(fā)展,使得寬帶信息服務(wù)逐步延展到移動終端成為必然趨勢,以提供語音業(yè)務(wù)為主的傳統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng),正逐步演變?yōu)橄蛞苿佑脩籼峁┗ヂ?lián)網(wǎng)接入以及視頻和多媒體業(yè)務(wù)的寬帶移動通信系統(tǒng)。
在過去的20年中,移動通信技術(shù)不斷進步,技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷演進,最新推出的第四代移動通信技術(shù)(4G),其數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸速率達到每秒百兆甚至千兆比特,能夠在較大程度上滿足今后一段時期內(nèi)寬帶移動通信應(yīng)用需求[1]。然而,隨著智能終端普及應(yīng)用及移動新業(yè)務(wù)需求持續(xù)增長,無線傳輸速率需求呈指數(shù)增長,至2020年,無線通信的傳輸速率需求將是目前正在運營系統(tǒng)的千倍[2],能夠支撐高達每秒千兆比特傳輸速率的4G移動通信系統(tǒng),將仍然難以滿足未來移動通信的應(yīng)用需求。另一方面,隨著全球范圍內(nèi)移動用戶數(shù)與高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的增長以及信息技術(shù)系統(tǒng)能源消耗所占比例的不斷增加,降低移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能源消耗已逐漸成為移動通信發(fā)展的重要需求[3],以支持高速率傳輸為主要目標(biāo)的4G移動通信技術(shù),將難以滿足未來移動通信對能耗效率的需求。因此,移動通信技術(shù)需要在4G基礎(chǔ)上不斷演進,滿足超高傳輸速率無線通信的相關(guān)需求。
世界各國在推動4G產(chǎn)業(yè)化工作的同時,已開始著眼于新一代移動通信技術(shù)(5G)的研究,力求使無線移動通信系統(tǒng)性能和產(chǎn)業(yè)規(guī)模產(chǎn)生新的飛躍。4G之后移動通信的發(fā)展,需要新的重大科學(xué)問題的解決和原理性的突破,在無線頻譜資源日趨緊張的情況下,如何在4G基礎(chǔ)上,將無線移動通信的頻譜效率和功率效率進一步提升一個量級以上,是4G之后移動通信技術(shù)的核心所在。4G之后移動通信發(fā)展需要在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、組網(wǎng)技術(shù)及無線傳輸技術(shù)等方面進行新的變革,從根本上解決移動通信的頻譜有效性和功率有效性問題,實現(xiàn)更高頻譜效率和綠色無線通信的雙重目標(biāo)。
面向4G之后移動通信的發(fā)展,為提高無線資源利用率、改善系統(tǒng)覆蓋性能、顯著降低單位比特能耗,異構(gòu)分布式協(xié)作網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能自組織組網(wǎng)技術(shù)得到業(yè)界更加廣泛的關(guān)注[2-4]。
在分布式協(xié)作網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,處于不同地理位置的節(jié)點(基站、遠程天線陣列單元或無線中繼站)在同一時頻資源上協(xié)作完成與多個移動通信終端的通信,形成網(wǎng)絡(luò)多輸入多輸出(MIMO)信道,可以克服傳統(tǒng)蜂窩系統(tǒng)中MIMO技術(shù)應(yīng)用的局限,在提高頻譜效率和功率效率的同時,改善小區(qū)邊緣的傳輸性能。然而,在目前典型的節(jié)點天線個數(shù)配置和小區(qū)設(shè)置的情況下,研究工作表明網(wǎng)絡(luò)MIMO傳輸系統(tǒng)會出現(xiàn)頻譜和功率效率提升的“瓶頸”問題[5]。為此,研究者們提出在各節(jié)點以大規(guī)模陣列天線替代目前采用的多天線[6-7],由此形成大規(guī)模MIMO無線通信環(huán)境(如圖1所示),以深度挖掘利用空間維度無線資源,解決未來移動通信的頻譜效率及功率效率問題。
大規(guī)模MIMO無線通信的基本特征是:在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)配置數(shù)十根甚至數(shù)百根以上天線,較4G系統(tǒng)中的4(或8)根天線數(shù)增加一個量級以上,這些天線以大規(guī)模陣列方式集中放置;分布在基站覆蓋區(qū)內(nèi)的多個用戶,在同一時頻資源上,利用基站大規(guī)模天線配置所提供的空間自由度,與基站同時進行通信,提升頻譜資源在多個用戶之間的復(fù)用能力、各個用戶鏈路的頻譜效率以及抵抗小區(qū)間干擾的能力,由此大幅提升頻譜資源的整體利用率;與此同時,利用基站大規(guī)模天線配置所提供的分集增益和陣列增益,每個用戶與基站之間通信的功率效率也可以得到進一步顯著提升。
大規(guī)模MIMO無線通信通過顯著增加基站側(cè)配置天線的個數(shù),以深度挖掘利用空間維度無線資源,提升系統(tǒng)頻譜效率和功率效率,其所涉及的基本通信問題是:如何突破基站側(cè)天線個數(shù)顯著增加所引發(fā)的無線傳輸技術(shù)“瓶頸”,探尋適于大規(guī)模MIMO通信場景的無線傳輸技術(shù)。
近兩年來,大規(guī)模MIMO無線通信引起了研究者們的廣泛關(guān)注,文獻上出現(xiàn)了一些初步的相關(guān)研究工作報道[8-18],這些工作涉及傳輸性能分析、傳輸方案設(shè)計等多個方面。從已報道的工作可見:
(1)關(guān)于大規(guī)模MIMO信道的理論建模和實測建模的工作較少,還沒有受到廣泛認可的信道模型出現(xiàn)。
(2)所涉及的傳輸方案大都基于貝爾實驗室提出的方案[6],即在配備單天線的用戶數(shù)目遠小于基站天線個數(shù)的假設(shè)下,通過上行鏈路正交導(dǎo)頻和時分雙工(TDD)系統(tǒng)上下行信道互易性,基站側(cè)獲得多用戶上下行信道參數(shù)估計值,并以此實施上行接收處理和下行預(yù)編碼傳輸。
(3)傳輸方案性能分析往往假設(shè)大規(guī)模MIMO信道是理想的獨立同分布(IID)信道,在此條件下,導(dǎo)頻污染被認為是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的“瓶頸”問題。
由此可知,大規(guī)模MIMO無線通信技術(shù)研究尚處在起步階段,為充分挖掘其潛在的技術(shù)優(yōu)勢,需要探明符合典型實際應(yīng)用場景的信道模型,并在實際信道模型、適度的導(dǎo)頻開銷及實現(xiàn)復(fù)雜性等約束條件下,分析其可達的頻譜效率和功率效率,進而探尋信道信息獲取技術(shù)及最優(yōu)傳輸技術(shù),解決大規(guī)模MIMO無線通信所涉及的導(dǎo)頻開銷及信道信息獲取“瓶頸”問題、多用戶共享空間無線資源問題、系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜性問題、對中高速移動通信場景及頻分雙工(FDD)系統(tǒng)的適用性問題等。
綜上所述,4G之后移動通信對頻譜效率及功率效率提出了更高的要求,大規(guī)模MIMO無線通信能夠深度挖掘空間維度無線資源,大幅提升無線通信頻譜效率和功率效率,是支撐未來新一代寬帶綠色移動通信最具潛力的研究方向之一。
本文對大規(guī)模MIMO無線通信關(guān)鍵技術(shù)進行探討,重點包括復(fù)雜無線環(huán)境中大規(guī)模MIMO信道模型和系統(tǒng)性能分析技術(shù)、信道狀態(tài)信息獲取技術(shù)及多用戶上下行無線傳輸技術(shù)等方面。
1 信道模型及系統(tǒng)性能
分析技術(shù)
信道模型與系統(tǒng)性能分析是無線通信系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。在大規(guī)模MIMO無線通信環(huán)境下,基站側(cè)配置大規(guī)模陣列天線,MIMO傳輸信道的空間分辨率得到顯著增強,大規(guī)模MIMO無線傳輸信道存在著新的特性,需要深入系統(tǒng)地探討。值得注意的是,盡管大規(guī)模MIMO已引起國際上的廣泛關(guān)注,但有關(guān)大規(guī)模MIMO信道的理論建模和實測建模的工作較少。
已報道的文獻中往往假設(shè)大規(guī)模MIMO信道是IID信道[6,9,14,15]。然而部分實測結(jié)果表明,實際的大規(guī)模MIMO無線傳輸信道并不能滿足IID假設(shè),信道能量往往集中在有限的空間方向上[13,17],這使得基于IID信道的相關(guān)分析結(jié)果存在著較大的局限性。各種應(yīng)用場景下大規(guī)模MIMO無線信道的理論建模和實測建模的工作是有待進一步開展。
在給定的信道模型和發(fā)射功率約束下,精確地表征信道能夠支持的最大傳輸速率,即信道容量,并由此揭示各種信道特性對信道容量的影響,可為傳輸系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計、頻譜以及功率效率等性能評估提供重要的依據(jù)。
在已報道的文獻中,有關(guān)容量和傳輸方案性能分析大都假設(shè)信道滿足IID條件,在此條件下,導(dǎo)頻污染被認為是大規(guī)模MIMO系統(tǒng)中的“瓶頸”問題[6,11],而最近的工作已表明,如果這一理想信道假設(shè)條件成立,通過在多個基站之間聯(lián)合實施統(tǒng)計預(yù)編碼,理論上可以完全消除導(dǎo)頻污染問題[14]。
對于帶空間相關(guān)性的大規(guī)模MIMO信道,利用各用戶的統(tǒng)計信道信息,通過多個基站之間聯(lián)合實施導(dǎo)頻調(diào)度,也可以有效減輕導(dǎo)頻污染[12]。對于典型實際應(yīng)用場景下無線信道特性對大規(guī)模MIMO傳輸性能影響的研究工作則有待進一步開展。
2 信道狀態(tài)信息獲取技術(shù)
信道估計是信號檢測和自適應(yīng)傳輸?shù)幕A(chǔ),對于大規(guī)模MIMO無線傳輸性能起重要影響作用。在貝爾實驗室提出的TDD大規(guī)模MIMO傳輸方案中[6],小區(qū)中的各用戶(通常假設(shè)配置單個天線)向基站發(fā)送相互正交的導(dǎo)頻信號,基站利用接收到的導(dǎo)頻信號,獲得上行鏈路信道參數(shù)的估計值,再利用TDD系統(tǒng)上下行信道的互易性,獲得下行鏈路信道參數(shù)的估計值,由此實施上行檢測和下行預(yù)編碼傳輸。隨著用戶數(shù)目的增加,用于信道參數(shù)估計的導(dǎo)頻開銷隨之線性增加,特別地,在中高速移動通信場景,導(dǎo)頻開銷將會消耗掉大部分的時頻資源,成為系統(tǒng)的“瓶頸”。開展導(dǎo)頻受限條件下的TDD大規(guī)模MIMO信道信息獲取技術(shù)研究具有重要的實際應(yīng)用價值[19]。
此外,貝爾實驗室提出的傳輸方案需要利用TDD模式上下行信道互異性[6],不適用于FDD模式。針對該問題,美國南加州大學(xué)提出了聯(lián)合空分復(fù)用(JSDM)傳輸方案[8]。其主要思想是,基站側(cè)利用不同用戶的信道二階統(tǒng)計量進行用戶分組及預(yù)波束賦形,由于預(yù)波束賦形之后的等效信道維度顯著降低,在該等效信道上實施信道估計能夠顯著降低信道狀態(tài)信息獲取所需的開銷,這使得FDD模式下大規(guī)模MIMO信道信息獲取成為可能。
JSDM方案假設(shè)在同一組內(nèi)的不同用戶的信道協(xié)方差矩陣具有相同的特征向量,而組間用戶的信道協(xié)方差矩陣相互正交,該信道假設(shè)過于理想,在實際中通常難以滿足。深入開展在實際信道條件下的導(dǎo)頻受限FDD大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)研究具有重要性[20]。
3 多用戶傳輸技術(shù)
如何實現(xiàn)多用戶空間無線資源共享及如何優(yōu)化設(shè)計多用戶上下行傳輸系統(tǒng),涉及基站側(cè)和用戶端所能夠獲得的信道狀態(tài)信息。在大規(guī)模MIMO無線通信系統(tǒng)中,基站側(cè)與用戶端均難以獲取完整信道的瞬時狀態(tài)信息,這意味著大規(guī)模MIMO傳輸技術(shù)將不同于現(xiàn)有的MIMO傳輸技術(shù)。在已報道的有關(guān)工作中,所涉及的基本傳輸方案大都是貝爾實驗室提出的最初方案,利用上行鏈路正交導(dǎo)頻和TDD系統(tǒng)上下行信道互易性,基站側(cè)可獲得多用戶上下行信道參數(shù)估計值,基站側(cè)假定所獲取的信道參數(shù)估計值為真實值,并以此實施多用戶聯(lián)合上行接收處理和下行預(yù)編碼傳輸[6,10]。
該傳輸方案中,基站側(cè)將信道估計值作為真實值來實施上下行傳輸,傳輸?shù)聂敯粜詿o法保證;單個用戶僅配置單根天線,當(dāng)系統(tǒng)中用戶數(shù)較少時,頻譜效率仍然較低;上行鏈路的信號檢測和下行鏈路的預(yù)編碼傳輸涉及高維矩陣求逆運算,系統(tǒng)實現(xiàn)復(fù)雜度高;FDD系統(tǒng)中所有用戶瞬時信道信息獲取困難,存在著FDD系統(tǒng)的適用性問題。能否突破信道信息獲取的“瓶頸”問題,在基站側(cè)僅知部分信道信息時,實現(xiàn)多用戶共享空間無線資源和高性能高魯棒性低復(fù)雜度的大規(guī)模MIMO無線傳輸,是有待解決的重要問題。
4 結(jié)束語
有光就能上網(wǎng)
“未來,只要有光的地方,就可實現(xiàn)高速上網(wǎng),且速度非??欤?G電影下載只需0.1秒。”中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟籌備領(lǐng)導(dǎo)小組組長、中國工程院院士鄔江興在中國可見光通信技術(shù)產(chǎn)業(yè)化啟動會議上這樣介紹可見光通信技術(shù)。
事實上,可見光通信技術(shù)主要是利用無處不在的綠色照明資源,其“秘密”在于燈泡——LED燈,“與普通日光燈、白熾燈不同,LED燈可快速明滅,閃動頻率極高,可承擔(dān)發(fā)送信息任務(wù)?!编w江興稱,“只要在LED燈泡中加入一個芯片,其便具有無線路由器、通信基站、WIFI接入點甚至gps衛(wèi)星功能,這提供了一種全新的無線通信方式,多了一種新的上網(wǎng)選擇?!?/p>
復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院遲楠教授告訴記者,可見光通信技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣泛:無論是飛機上還是礦井中,只要有光就能實現(xiàn)通信;每一盞路燈都能實現(xiàn)道路導(dǎo)航和交通疏導(dǎo);人們徜徉在博物館時利用燈光就能聽到關(guān)于展品的解說……
產(chǎn)業(yè)化運作趨勢明朗
據(jù)記者了解,在第七屆中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新大會上,可見光通信技術(shù)就已經(jīng)走出實驗室,正式與投資方“見面”。中國產(chǎn)學(xué)研投融資聯(lián)盟與中國可見光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟簽署了戰(zhàn)略合作協(xié)議,推動可見光通信技術(shù)5年內(nèi)走進千家萬戶。