发布时间：2023-06-29 16:31:44
序言：写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁，我们为您精选了8篇的无线通信研究样本，期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发，请尽情阅读。
关键词：3G 无线通信系统 矿井通信
中图分类号：TN929 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（a）-0051-01
针对小灵通于2011年底退网后面临的技术、设备维护缺失的情况，近几年虽然出现了部分可替代的无线移动通讯，但通讯网络的质量和信息应用一直滞后于其他行业，为了切实发挥第三代移动通信对我国国民经济和社会发展的促进作用，为煤矿安全生产提供新的通信手段，开展3G无线通信系统的研究和应用势在必行。
1 目前煤矿井下无线通讯主
1.1 井下无线通讯与急救系统
主要作为紧急救灾时及时通知人员撤离的救灾设备，由于受岩层穿透因地质结构不同而有远近，达到的效果不同，因此，各煤矿企业推广使用较少。
1.2 矿井泄漏通讯系统
对讲机通过基地台和泄漏电缆传输，实施一对N的通话功能。由于受通讯信道和泄漏电缆长度的限制，目前以大巷电机车的调度为主，不能将其作为覆盖全矿井的无线通讯系统进行推广。
1.3 矿井多功能无线通信系统
现有矿井内的多功能无线通信系统主要分为两个类型，一种是采用CDMA技术，另一种是采用基于城市无线PHS（小灵通）技术。该类型多功能无线通信系统针对矿区井下作业环境和安全生产要求，对有线电话用户、无线电话用户混合组网、统一编号，实现矿区移动用户、固定用户的统一调度和指挥，并实现矿区移动通信网与公众移动通信网的汇接联网。
在2005年我国诞生了第一套矿井无线通讯系统（矿井小灵通），目前很多大中矿井都建设了小灵通无线调度通信系统，对于加强煤矿安全生产管理，消除事故隐患起到了积极作用。在2009年1月我国3G牌照正式发放后，工信部明确要求，所有1900～1920 MHz频段无线接入系统应在2011年底前完成清频退网工作，以确保不对1880～1900 MHz频段TD-SCDMA系统产生有害干扰。这意味着，很多矿井中目前使用的小灵通无线调度通信系统将伴随着小灵通（PHS）无线市话网络的整体退网在一年后停止使用。
2 3G无线通信系统应用背景
随着国家发展3G移动通讯的需要，小灵通所占用的无线频段已让位给TD-SCDMA移动通信，按国家相关部门规定关于完成小灵通的清频退网工作。目前小灵通核心技术制造商UT斯达康和中兴通讯已停止生产小灵通相关设备，矿用小灵通设备供货存在很大问题;并且到小灵通无线频段的收回，使用小灵通也存在非法使用无线频段的政策层面问题。由此可见，3G无线通信系统的研究与应用势在必行。
3 3G无线通信系统目标与实施原则
煤矿井下3G无线移动宽带网络包括地面部分和井下两个部分。地面局端设备采用了高性能的综合接入控制器（EIAC）、它可以实现“小灵通”系统的语音通话交换功能，还可以实现调度电话功能。公网交换机（PBX）可以通过N0.7与EIAC相连，实现本系统与固定电话网的互通，井下无线基站控制箱通过2芯矿用通信光缆传输后与EIAC相连。井下无线基站通过2芯矿用通信电缆（U口）与矿用无线基站控制箱相连。矿用“小灵通”与基站之间采用基于RCR STD-28标准的无线链路。
系统够架呈树形结构，EIAC为一级目录，可接入多台地面和井下多台基站。
在矿井主要工作场所，有针对性安装无线基站。根据地形可采用定向天线（或泄露天线），全数字式系统：音质好、保密、安全、可靠。合理配置无线移动手机和简易定位器，做到井下主要场所的无线信号的基本覆盖。利用该无线移动通信系统研制推广煤矿井下人员定位管理系统。具有小灵通基本通话功能基础上，还具有调度系统功能。系统可以提供强大的排队、调度、会议功能;实现广播、调度紧急呼叫分机;调度群呼、组呼;强插、强拆;呼叫转接、保留、切换、代答等功能。结合老区矿井的实际情况，研究基站布放的合理地点，以及信号覆盖的合理范围。
该系统建成后，除了为煤矿井下生产调度提供清晰可靠的通话业务外，还可以实现以下功能。
（1）解决井下动态视频的传送。利用无线移动宽带通信网络的强大平台，结合3G手机的功能，解决井下动态视频图像的实时传送，为安全生产调度提供实时的现场动态图像。
（2）解决井下动态人员定位。利用无线移动宽带通信网络的定位功能，开发用于煤矿应用的人员定位系统，为紧急情况下的人员救护提供准确可靠的动态人员信息。
（3）解决瓦斯的实时报警。利用无线移动宽带通信网络的多媒体功能，开发用于煤矿瓦斯监测的实时报警及图像传送。
（4）解决井下无线集群通信。利用无线移动宽带网络结合3G手机，解决井下无线集群通信。
4 3G无线通信系统效益分析
煤矿井下3G无线通信系统必将为全国煤炭行业乃至其他井下作业的非煤矿山行业的建设推广创造良好条件，为井下无线通信业务的开展开辟新天地。该项目只需在井下部署一套基站，即可实现无线语音、人员定位、语音广播等系统功能，省去了部署人员定位基站、语音广播等基站的硬件投入，一个煤矿以60个基站计算，可直接节约硬件成本200余万，在全国2万多家30万吨以上的煤矿推广，可直接节约投资500亿。该项目的不单单解决了语音通信问题，更关键的是它在井下建设了一条无线高速公路，在此基础上可开展物联网建设，进行人员定位建设、无线视频建设、井下设备点检、井下车辆控制、井下自动化信息传递、井下办公等业务，实现信息化的集成，其隐形效益单矿在500万以上，在煤炭行业推广开来可产生上千亿的间接效益，并且可以在其他非煤矿井进行推广。该项目的建设，不但可以节省投资，实现信息集成，加强作业人员的协作，而且会对推动两化进程，加快井下物联网的建设，进而对实现工业化与信息化的两化融合产生深远意义。
参考文献
[1] 张大超.基于无线通信的煤矿安全信息移动终端的实现[D].南京理工大学，2009.
[2] 雷燕.小灵通无线通信系统在煤矿井下的应用[J].煤矿机械，2006（1）：160-161.
【关键词】无线；电网通信；技术分析
中图分类号：TP39文献标识码：A文章编号：1006-0278（2012）06-132-01
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：Infrared Data Association，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：Radio Frequency Identification，即射频识别，俗称标签。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：Ultra Wideband，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。
三、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。
关键词：无线通信；互调干扰；同频干扰；抗干扰
1 抗干扰技术的研究背景
伴随着无线通信应用范围的不断扩大，无线通信技术已经融入到我们生活，然而通信条件却受到各种因素的影响，有些地区的通信条件甚至可以用极端恶劣来形容，其中最常见的干扰有互调干扰、同频干扰，对于通信工作者来说如何根据这些干扰所产生的机理，来采取有效的抗干扰措施，进而提高通信网络的质量，增强通信系统的数据传输速率，提高抑制提高抑制信道干扰的能力，同时增大了系统容量这是通信中的重要课题。
2 无线通信抗干扰技术研究现状
2.1 当前无线通信网络传播环境
目前无线通信传播环境非常复杂，原因有以下几点：
第一，无线通信信号的传播路径复杂。不仅有视距传播中的路径损耗，而且传播过程中要面临着复杂的地理环境，比如城市高层建筑群、山地、丘陵等等所以就会导致接收端在接收无线信号时，往往是经过可信道畸变的信号，并且叠加了各种的干扰，造成通信信号质量下降。第二，无线通信通道是对范围内的所有无线设备开放的，这就使的各种无线通信系统和无线通信设备共存其中。如果衰落或干扰强度很高，无线信号达到接收端时可能存在两种状态：（1）通信链路中的干扰信号相对于期望信号很大，使得接收信号相对于干扰很微弱。（2）由于路径损耗和多径衰落，接收信号本身已经非常微弱。
2.2 互调干扰
2.2.1 互调干扰类型
互调干扰是指几个不同频率的信号通过非线性电路时，会产生与有用信号频率相同或相近的频率组合，而对通信系统构成的一种干扰，常见的互调干扰有，发射机互调干扰、接收机互调干扰、外部效应引起的互调干扰。
（1）发射机互调干扰。发射机互调干扰是指由于其他信道的发射信号或RF共用器件耦合到发射机末级与本机，发射信号在功放电路中相互调制而产生新的频率组合，随同有用信号一起发射出去，对接收机形成干扰。
（2）接收机互调干扰。在接收机的前端电路中，同时两个偏离接收频率的干扰信号同时侵入接收机时，由于高频放大器和变频器的非线性，使其调制而产生互调频率，互调频率落入接收机频带内造成的干扰。
（3）外部效应引起的互调干扰。在发射端的传输电路中，常常会因为反馈线接头、天线等接点的接触效果不好，或者在传输过程中异种金属的接触导致非线性的干扰，在强射频电场中起到检波的作用从而产生互调干扰。由外部效应引起的互调干扰特性比较复杂，可能会因为气候的变化而产生的干扰程度也不尽相同。
解决互调干扰的方法很多，传统的解决方法是试探法。试探法是先给定几种方案，然后用无线端口的响应情况从而测出互调干扰的量级，再通过测量实际的数据给子系统给予一定补偿或者通过降低天线间耦合度方面进行完善，主要是通过改变天线的布局来实现。
2.2.2 减少发射机互调干扰采取的措施
（1）加强发射机和天线馈线的匹配度。（2）在发射机和天线之间，可通过插入单向隔离器或者是单向隔离器与腔体滤波期的组合器件降低干扰。（3）完善发射机末级功放的性能，提高发射机线性动态范围。（4）在规划和建设设计台站时，应根据互调干扰的程度选用无三阶互调工作频率组。
2.2.3 减少接收机互调干扰采取的措施
（1）接收机输入回路应有良好的选择性，如采用多级调谐回路，以减少进入高效的强干扰。（2）高放和混频器宜采用具有平方律特性的器件，如结型场效应管。（3）接收机前端加入衰减器，降低干扰信号电平。
2.2.4 减少外部效应引起的互调干扰
在施工和平日检修过程中，应重点注意插件的接触性，特别是发信机的高频滤波器、射频避雷器、天线等关键器件的接触性，注意检查系统外的异种金属的干扰产生非线性干扰，注意保护设备的玩好性，暴露室外的设备应涂防锈涂料。
2.3 同频干扰
凡是无用信号的载频与有用信号的载频相同，并对接收同频道有用的信号的接收机造成干扰的都称为同频干扰。协调解决同频干扰的方法也有多种，常用的有降低发射机功率、接收机灵敏度，降低天线高度或增益，更换工作频率，相邻发射台的载频采用2/3行频（10KHz）偏置，可降低对同频保护度要求等等。
3 无线通信系统抗干扰技术概述
在对无线通信系统抗干扰技术研究的过程中，其中最重要的问题就是如何衡量算法或系统的性能。一般情况下衡量算法性能的方法有以下三种：①首先进行理论分析，从而获得算法和系统性能的理论表达式。此方法的优点是，结果是通过理论分析得来的，准确率高，而且具有普遍意义。缺点是约束条件比较多，在复杂环境下不适用。②通过计算机仿真软件进行仿真分析。优点是操作起来简单实用，能过模拟实际的通信环境，也可以降低成本，缺点是仿真时间长，仿真过程中随机过程的场景模型不能很好的重现实际场景。③通过测试床或者实现硬件平台，从而测得实际的数据并进行统计学分析。优点大大降低时间，统计的数据量大，能过很好的重现实际通信场景，结果直观。缺点成本高，测试周期比较长。一般结合算法或系统实现阶段的验证。
4 抗干扰技术的多核并行处理方法的系统模型建立
考虑基于稀疏矩阵的多核并行扰码无线收发信机，图1给出了其通信链路。发射机对比特流b（i）进行基于稀疏矩阵的多核并行加扰，具体步骤为：首先对输入信号进行串并转换，并将N路信号分别送入对应序号的处理器核；在单个处理器核内，对输入信号进行加扰处理；然后将N路并行扰码输出并串转换得到d（i）。d（i）经过调制，产生发射信号s（t）。发射信号经过无线信道到达接收机。接收机对接收信号r（t）进行信道均衡，得到发射信号s（t）的估计值s（t）%；然后解调得到比特流d（i）的估计值d%（i）；最后经过基于稀疏矩阵的多核并行解扰恢复出比特流b（i）的估计值b%（i）。
5 结束语
如今通信技术在迅猛发展，同样通信环境也在日益严峻，通信网络内部和外部的干扰在不断的变化，研究人员只有不断创新技术水平采用先进的抗干扰技术，才能够使得无线通信网络的安全通畅可靠。
参考文献
[1]曾一凡，李晖.扩频通信原理[M].北京：机械工业出版社，2005.
关键词：ZigBee技术；IEEE802.15.4；无线通信
中图分类号：TP393文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2008)06-10000-00
Research on Wireless Communication Technology ZigBee
HU Ke, GUO Zhuang-hui, WANG Lei
(School of Electronic and Information Engineering, Tongji University, Shanghai 200092,China)
Abstract: That based on IEEE 802.15.4 standard ZigBee has low cost, short distance and low power consumption’s characters, which fit some wireless communication equipments’ needs. This paper introduces ZigBee technology’s concept, characteristics and protocol model, upon these basis discuss application of ZigBee technology and compare this technology with other several wireless communication technologies.
Key words: ZigBee technology; IEEE 802.15.4; Wireless communication
1 引言
ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域，可以满足对小型廉价设备的无线联网和控制[1]。ZigBee名字来源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，蜜蜂通过跳ZigZag形状的舞蹈来通知发现的新食物源的位置、距离和方向等信息，以此作为新一代无线通信技术的名称[2]。Zigbee过去称为“HomeRF Lite”、“RF-EasyLink”或“FireFly”无线电技术，目前统一称为ZigBee技术。
2 ZigBee的技术特点
ZigBee是一种无线连接，可工作在2.14GHz（全球流行）、868MHz（欧洲流行）和915 MHz（美国流行）3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20 kbit/s和40 kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内，但可以继续增加。作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点[3]：
（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，这是其它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30ms，休眠激活的时延是15ms，活动设备信道接入的时延为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，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络，而且网络组成灵活。
（5）可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。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收方的确认信息。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。
3 ZigBee的协议模型
ZigBee是一组基于IEEE批准通过的802.15.4无线标准开发的组网、安全和应用软件方面的技术标准。在标准规范的制订方面，主要是IEEE802.15.4小组与ZigBee联盟两个组织，两者分别制订硬件与软件标准。在IEEE802.15.4方面，2000年12月IEEE成立了802.15.4小组，负责制订MAC（媒体接入层）与PHY（物理层）规范。ZigBee建立在802.15.4标准之上，它确定了可以在不同制造商之间共享的应用纲领。ZigBee协议栈的模型如图1所示：
图1 ZigBee协议栈模型图
ZigBee的协议栈由高层应用规范、应用层、网络层、数据链路层组成[4]。网络层以上协议由ZigBee联盟制定，IEEE负责物理层和数据链路层标准的制定。下面分别介绍应用层、网络层、数据链路层各部分的功能：
（1）、应用层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，具体功能包括：1）安全与鉴权；2）多个业务数据流的汇聚；3）设备发现；4）业务发现。
（2）网络层功能如下：1）通用的网络层功能，包括拓扑结构的搭建和维护，命名和关联业务，寻址、路由和安全；2）有自组织、自维护功能，最大程度减少消费者的开支和维护成本。
（3）IEEE802系列标准把数据链路层分成LLC和MAC两个子层。其中LLC子层的主要功能包括：1）传输可靠性保障和控制；2）数据包的分段与重组；3）数据包的顺序传输。MAC协议包括功能如下：1）设备间无线链路的建立、维护和结束；2）确认模式的帧传送和接收；3）通道接入控制；4）帧校验；5）预留时隙管理；6）广播信息管理。
4 ZigBee的应用场合：
Zigbee主要应用在距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间，典型的传输数据类型有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据。根据设想，它的应用目标主要是：工业控制（如自动控制设备、无线传感器网络），医护（如监视和传感），家庭智能控制（如照明、水电气计量及报警），消费类电子设备的遥控装置、PC外设的无线连接等领域。
一般而言，满足如下一些特点的应用场合，是ZigBee应用极具优势的地方[5]：
（1）需要无线通信交换信息的低成本装置；
（2）数据的交换量较小、传输的速率要求不高；
（3）功耗要求极低，采用电池供电且需要维持较长时间；
（4）需要多个（尤其是大量）设备组成无线通信网络，主要进行监测和控制的场合。
下面就ZigBee的可能应用的几个领域举例加以说明：
（1）工业领域：
通过ZigBee网络自动收集各种信息，并将信息回馈到系统进行数据处理与分析，以利工厂整体信息之掌握，例如火警的感测和通知，照明系统之感测，生产机台之流程控制等，都可由ZigBee网络提供相关信息，以达到工业与环境控制的目的。
（2）数字家庭领域：
ZigBee技术可以应用于家庭的照明、温度控制等。ZigBee模块可以安装在灯泡、遥控器、玩具、门禁系统、空调系统和其它家电产品中。例如在灯泡中装置ZigBee模块，则人们要开灯，就不需要走到墙壁开关处，直接通过遥控器便可开灯。再如你家里的每一个成员都可以有一个私人的电子轮廓（可以是一个小小的符合ZigBee标准的器件），其他器件都可以通过检测此轮廓而有所反应。现在，假如附近没有其他轮廓或者你的轮廓具有最高优先级，那么家里的灯光、温度、音乐和网站都将自动按照你的喜好自动设置。
（3）智能交通领域：
如果沿着街道、高速公路及其他地方分布式地装有大量的ZigBee终端设备，你就不用担心迷路。安装在汽车里的器件将告诉你，你当前所处的位置。全球定位系统（GPS）也能提供类似服务，但是这种新的分布式系统能向你提供更精确更具体的信息。使用这种系统，也可以跟踪公共交通情况，你可以适时地赶上下一班车，而不至于在车站等上数十分钟。基于Zigbee技术的系统还可以开发出许多其他功能，例如在不同街道根据交通流量动态调节红绿灯，追踪超速的汽车或被盗的汽车等。
（4）环境控制与医疗护理领域：
人类始终面临着各种威胁生命的因素，如火灾、水灾和地震等，所以，人类也一直在构建挽救生命的系统。但目前已有的许多系统实际上不是非常有效的，有些太复杂、太昂贵，难以普及；有些因为电池迅速耗尽而很快不能工作；有些缺乏生命挽救系统最为关键的联网能力。由于具备连接简单器件（如传感器和激活器等）的能力，ZigBee无线网络通信系统能监视各种事件，当需要时自动采取相应的行动。作为一个为低速率、低成本和低功耗应用而设计的全球标准，ZigBee无线网络通信系统很有希望应用于上述情况。
5 与其他几种无线通信技术的比较：
目前，市场上的近距离无线通信技术主要有蓝牙、无线局域网WiFi和一些专用标准（如Ad hoc网等）的产品。一些大公司为开拓市场和应用领域，也在积极研究和制定一些新的无线组网通信技术标准，如超宽带通信UWB和WiMax等。下面对这些技术作一些简要介绍和比较[6]：
蓝牙技术发展从1999年起已经历了多个年头，一直受芯片价格高、厂商支持力度不够、传输距离限制及抗干扰能力差等问题的困扰。目前主要应用在无线耳机等不需要很高传输带宽的领域，且互通性方面也存在问题。
WiFi在Intel的大力支持下，借迅驰处理器迅速占领市场；采用IEEE802.11b标准，使用2.4GHz直接序列扩频，最大数据传输速率为11Mbps，并可根据信号强弱把传输率调整为5.5Mbps、2Mbps和1Mbps带宽；采用最新的802.11g时，速率可达54Mbps，是目前应用最广的无线网络传输协议。
UWB是一种未来短距离宽带无线传输技术。由于未采用通常无线收发中的载波调制技术，因此它不需要混频、过滤和射频/中频转换模块，实现了低成本、低功耗和高带宽性能。目前有两大技术阵营竞争技术标准，预期的通信距离5～10m，速率甚至可高达1Gbps，非常适合于家用消费电子产品之间的大容量数据传输。
作为WiFi下一代技术的WiMax，被设想成一项无线城域网接入技术，在传输距离和速度方面均胜过WiFi，最高接入速率为70Mbps，信号传输半径可达到50km。图2是以上几种无线通信技术的速率/距离比较。
从图2中看出，主要的无线技术都集中在1Mbps以上的速率，新的标准还在追求更快的速率；而Zigbee恰恰是填补低速率端无线通信技术的空缺，与其他标准在应用上几乎无交叉。在实际应用环境中，低速率、低成本的无线通信在自动控制、无线传感器网络、家居自动化等诸多领域更贴近日常生活，同样具有广泛的市场。从现今的市场看，每一种无线通信技术的产品都有各自的一些特点，或在距离、或在成本、或在速率等方面，因此，在今后一段时间内，虽然会有一些竞争，但仍会有多种无线通信技术的产品在市场上共存。
图2 无线通信技术比较
6 结束语
本文阐述了ZigBee技术的概念、特点、协议模型以及相关应用，并与其他一些无线通信技术如蓝牙、WiFi、UWB、WiMax做了对比。无线组网通信是当今工业控制、家庭自动化、计算机应用等方面技术发展的一个热点，而低功耗、低成本的无线网络要求令ZigBee应运而生。ZigBee技术可以通过结合其他无线技术，实现无所不在的网络。这也显示出ZigBee具有超强的生命力和优势，应用前景十分看好，值得广大嵌入式应用的技术人员关注。相信随着相关技术的发展和推进，ZigBee技术一定会得到更大的应用。
7 致谢
本文研究得到了国家自然科学基金重点项目（70531020）资助，在此谨表谢意。
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收稿日期：2008-01-12
UWB技术，也称为超宽带无线通信技术，顾名思义其带宽很宽，并且远大于现在所采用的窄带信号，是一种通过极短的脉冲信号进行通信的技术，由于其时域持续时间一般在纳秒级别，故其带宽可以达到数Hz甚至数GHz，所以在现代高速率传输的环境中，超宽带技术因其通信速率高，通信容量大等优点从军用技术转为了民用技术，成为了现代短距离无线通信的关键技术之一。FCC（美国联邦通信委员会）将带宽大于500MHz或相对带宽大于20%的信号定义为超宽带信号[1]，其中，相对带宽定义为带宽与中心频率之比，亦即：其中fH指单个用户发射的信号的上限频率，而fL则指的是该信号的下限频率。
2两种技术方案比较
到目前为止，超宽带无线技术主要有两种技术方案：传统UWB和基于传统OFDM技术的多带UWB（MB-OFDM-UWB）。传统UWB方案采用的是发射传输脉冲信号来传输信息，亦即用户利用多个窄带脉冲信号来传送其发射的同一个原始比特信息。由于脉冲持续时间较短，所以在频域上来看，其信号带宽很宽，进而可以实现无载波的调制，使发射端无需射频等环节，减少了实际设备的复杂度，但是脉冲的可控性较差，因此会对其他一些通信设备造成干扰。目前，在超宽带系统中，脉冲的调制方式有：PAM（也称作脉冲振幅调制）、PPM（即脉冲位置调制）、OOK（二进制开关键控）以及BPSK（二进制相移键控），而由于PPM调制的功率效率较高以及PAM调制的性能优势，在UWB系统中一般采用PPM和PAM两种调制方式。而由WiMedia提出的MB-OFDM-UWB技术方案则是采用多频带调制方式，采用单个子带的OFDM信号作为发射信号，利用OFDM的高频带利用率，同时将多个频率子带并行发送，可以避开某些频带，实现方式更加灵活。但是该方案利用了正交频分复用技术而放弃了超宽带系统中典型的脉冲形式，导致其消耗功率要高于传统的UWB方案，也缺少了传统UWB的高保密性和穿透能力强的特点。所以在现在的研究中仍是传统的UWB系统占主导地位。传统UWB方案中很多技术方案和CDMA等3G技术方案具有一致性，比如信号扩频码的使用、调制方式以及检测方法等，这里扩频序列的使用主要时用于多址识别，这是较方案不同的一点，传统的CDMA中扩频码除了多址识别更多的是要用来扩展频谱，所以在UWB方案中扩频码的设计也是研究的方向和热点。传统超宽带无线技术方案一般分为TH-UWB和DS-UWB两种。所谓TH-UWB（跳时超宽带）是指利用伪随机噪声序列原始数据重复编码后的信息进行编码，而编码后的数据符号引起脉冲在时间轴上的偏移，也就是通过跳时码来选择要发送信号的码片区间；而DS-UWB（直序超宽带）则是编码后的数据符号对基本脉冲的幅度进行正负极性的调制。由于现在的通信环境需要的是大容量，亦即实现多用户传输，而在多用户的环境下，若采用多用户检测方法，TH-UWB可以获得更大的处理增益，所以重点介绍TH-UWB技术。
3跳时超宽带技术
在跳时超宽带系统中，由于脉冲调制方式的不同，又主要可以分为2种，即PPM-TH-UWB（基于脉冲位置调制的跳时超宽带）和PAM-TH-UWB（基于脉冲振幅调制的跳时超宽带）。其中PPM-TH-UWB是指在跳时超宽带系统的基础上利用PPM实现信号在时间轴上的移动，具体实现为：当发送信号为1时，会产生PPM移位，反之，当发送信号为0时则没有PPM移位，这直接导致发送的数据信息是通过PPM位移来区分的。而PAM-TH-UWB则是在TH的基础上改变窄带脉冲的幅度，当假设发送信号为1时脉冲的极性为正，则当发送为0时则与其相反，即脉冲在极性上是相反的，同样在该系统中发送的数据比特是靠脉冲的幅度极性来区分的。在二进制TH-UWB系统中，PPM调制与PAM调制在系统性能上不相上下，而且一般的研究都是可以进行通用的，但是随着调制进制的增加，PAM调制的跳时系统性能将越来越差，误码率也越来越大，反之PPM调制下的跳时系统性能则良好，所以在工程中较多使用PPM调制下的跳时系统，这里也主要介绍PPM调制下的跳时超宽带系统。（1）其中，p(t)为用于超宽带系统中的高斯脉冲波形，一般采用高斯脉冲的二阶导；Ts表示帧长，也指帧周期；cj表示伪随机序列，在此，0≤c≤M-1,Mj表示M进制Tc；为码片长度，则有Ts=MTc；NS表示每个比特信息由多少个脉冲组成，Tb表示传输信息比特时间，则有Tb=NSTS，cjTc表示由跳时序列引起的位移，aj表示PPM调制引起的位移，是一个常数，aj表示经过重复编码器后的二进制序列。通常PPM调制引起的位移控制在一个码片时间内。总之，PPM-TH-UWB技术利用了脉冲信号占空比很小的特点，将每一个信息比特时间划分成L个脉冲持续时间（也指帧周期），然后将每一个帧周期划分成N个码片时间（码片时间为最小的时间单位），接着每个用户利用各自对应的独立的随机跳时序列在N个码片时间中选择一个作为脉冲发射位置，以此类推，最后发送到无线信道。在接收端则利用与期望用户相同的跳时码进行跟踪接收。若跳时码之间的正交性没有破坏，则脉冲之间不会发生冲突，从而避免了多用户干扰。但是在无线信道环境中，信号必然会经过多径衰落，从而在接收端引起各个用户的伪随机序列正交性严重破坏，造成多用户干扰，导致即使在系统的信噪比很高的情况下，系统性能仍然会受到严重的影响，故在TH-UWB系统中研究多用户检测算法也是未来的一个发展方向。
4UWB应用领域与未来发展方向
FCC定义了三种UWB系统：成像系统、通信与测量系统、车载雷达系统[3]。这导致了UWB系统的应用领域非常广泛，宏观上来说，主要有三个方面：通信、定位、雷达成像。在通信方面，UWB是一种短距离高速无线传输的技术，有良好的抗多径干扰性能，所以在矿井、巷道等通信环境较差的受限空间中有广泛的应用。同时UWB有望取代USB线缆，实现高速无线数据传输。在定位方面，由于较高的分辨率，UWB具有很高的定位精度，能够实现精确测量。例如在军用系统中，可以用来探测地雷，也可制成成像雷达，从而定位隐藏的敌人；在民用中主要应用在汽车防碰雷达系统（车载UWB雷达）上。在雷达方面，主要以穿墙雷达为主。UWB信号由于具有超宽的频谱，因此可以提高信号穿透障碍物的能力，例如UWB穿墙成像技术是利用窄带脉冲信号穿过一定厚度的墙壁，通过设置在成像设备上的信息屏幕，获取墙壁另一侧的物体（运动）信息，误差很低[4]。UWB技术由于是使用脉冲来作为信息载体的，没有使用正弦信号作为载波，所以并不需要中频处理，简化了系统的模型，实现方便简单，而且由于发送的是占空比很低的脉冲信号，所以使得所需的发射功率不需要很大，实现低功率传输。同时由于UWB信号的平均功率很小，带宽很宽，所以发射信号常常被隐藏在噪声等信号中难以检测，实现保密、低截获/检测率传输。UWB技术的优势使得其在无线通信方面有很广阔的发展前景。UWB技术大大提高无线频谱资源利用率的优点使得无线通信变得更加敏捷。当下主要有两个大的方向，一是认知超宽带系统（是将认知技术和超宽带技术相互结合的产物）；二是基于协作模式的UWB定位技术。与其他国家相比，我国在UWB技术的研究上起步较晚，仍处于需要进一步研发的状态，所以促进UWB技术的全面发展，有助于我国在该研究领域获得自主知识产权等具有很大的意义。
5结语
本文介绍了UWB超宽带无线通信系统的定义及技术方案，并详细分析了TH-UWB技术以及UWB的应用领域与发展方向。可见超宽带无线通信系统的优势弥补了现代无线通信在民用上的不足。尽管UWB的发展充满了坎坷，但是其在军事、公共安全等领域有着巨大的应用潜力，更甚者有望取代蓝牙等作为新一代的短距离无线通信技术被用于人们生活的各个领域。
参考文献：
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关键词：无线通信技术；物理层安全技术
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）04-0017-02
1 引言
无线通信技术的快速发展和广泛应用，丰富了人们的日常工作和生活，尤其在军事通信应用领域，极大地提高了战场的通信能力和作战水平。然而，由于无线通信信道的固有的广播性、开放性以及传输链路的不稳定性，使得无线通信系统相比于传统的有线通信系统更加容易受到非法用户的侦查、截获和监听，带来传输数据失泄密问题。近几年来，发生的“棱镜门”、“小米移动云泄密”、“金雅拓SIM卡窃密”等事件，无不印证着信息安全在无线通信领域的重要性。因此，设计安全、高效且可靠的无线通信系统在涉及国家安全、战场通信、商业机密等应用场景中，将起着举足轻重的作用，安全通信技术的创新和发展是增强国防现代化水平，提高国与国之间竞争力的重要途径，得到了国际社会的密集关注和重视。
传统的安全技术采用以密钥管理、数字签名、身份认证等技术为主的密码学体制，其安全机制建立在计算密码学方法的基础上，借鉴计算机网络中上层协议的设计来保证信息的安全。传统的安全技术主要依靠破解生成密钥需要极高的计算复杂度来保证加密算法的有效性，然而，随着计算能力的提高和信息传输场景的多样化，传统的密钥体制日益受到挑战，其局限主要表现在以下几方面：1） 随着计算机性能的大幅提升，特别是量子计算机的出现，以计算复杂度为理论基础设计的现代密码学加密算法存在着安全隐患；2） 由于无线网络中信息传播的广播特性和系统中终端设备的移动性，使得密钥的在线分发、维护和管理更加困难；3）随着传统网络呈现出的多样性、异构性以及用户与用户之间交流、用户与基站之间交流的频繁性等特点，传统的加密方式无法发挥有效的作用。因此，探索一种新的安全传输技术来克服传统安全技术的不足，构建更加科学完善的密码体制是一个极具研究价值的课题。
近期，物理层安全技术（Physical Layer Security， PLS）的提出，为无线通信安全问题的解决开辟了新的方向，其核心思想是从信息论的角度而非仅仅通过增加计算复杂度来保证网络的信息安全。物理层安全技术利用无线传输链路的动态特性，依靠信号处理、天线、编码调制等物理层手段，在避免窃听方获取信息的同时，提供给通信方可靠的、安全可量化的通信，是解决无线通信系统中安全问题的一个新思路，具有广阔的研究和应用前景。
2 物理层安全技术
物理层安全的研究主要从两个方面进行着手：一是基于信号处理的物理层安全，二是基于安全编码的物理层安全。物理层安全编码是实现安全传输的基础，其通过主窃信道之差，从信息论的角度，来避免信息的窃听，在主信道传输质量优于窃听信道传输质量时，可以从理论上确保完美的安全传输；另一方面，通过信号处理手段，可以有效利用无线通信系统的各种资源来进一步地提高主窃链路的差异性，为安全编码的实现提供坚实的基础。本文着重从信号处理的角度，对物理层安全相关的技术进行介绍和展望，其主要包括多天线分集技术、协作干扰技术和全双工技术等等。
2.1 多天线分集技术
随着无线多入多出（MIMO）技术的应用，终端往往具有多根发送和接收天线。多天线技术主要利用空间自由度来实现安全。对于发送端的多天线技术，主要有最大比传输（MRT）、空时编码传输（OSTBC）和发送天线选择（TAS）等方案。最大比魇浼际跤殖莆波束成型技术，其通过对多跟发射天线进行系数的加权处理，增强接收端的信号强度；空时编码技术则利用发端多天线带来的空间维度和信息传输的时间维度来提高信息传输的安全可靠性；发送天线选择技术通过选择最优的一根发射天线，使得接收端收到的瞬时信噪比最大，而该最优天线对于窃听用户端而言却是随机的，从而使得主信道质量优于窃听信道质量。在这三种技术中，由于发送天线选择仅仅需要单个射频链路，其复杂度最低，因而得到了广泛的研究。文献[1]分析了发送天线相关时，利用天线选择来实现物理层安全的性能；文献[2]中研究了信道信息反馈不完全情况下的安全性能分析；文献[3]则考虑在无线瞬时携能多入单出系统中，天线选择和信道信息反馈不完全情况下的安全传输，从上述文献中可以看到，天线选择技术可以有效地提高系统的物理层安全传输能力。
对于接收端的天线分集，由于每根天线均收到信号的一个副本，可以利用多天线技术如最大比合并（MRC）、选择合并（SC）和等增益合并（EGC）等相关技术来提高终端的接收能力，从而提高合法链路的传输质量。
图 1所示为多入多出无线通信系统中，发端和收端天线数目对系统安全传输能力的示意图，从图中可以看到，随着发端天线选择数目的增加，系统安全传输能力明显提高，而终端天线数目的增加则进一步地提高数据传输的安全性。
2.2 协作干扰技术
协作干扰技术是实现物理层安全传输的重要手段之一，在不影响合法终端正常通信的前提下，通过在传输信道的零空间上叠加人工噪声和干扰信号来扰乱窃听节点对信号的接收。人工噪声或者干扰信号可以分别在发送端[4]、接收端[5]和协作终端[6]上进行叠加。文献[4]在多入单出无线通信系统中，利用发端天线在传输信息的同时，发送干扰信号来提高传输的安全性能，并研究了系统功率分配的优化问题和传输方案的安全吞吐量。文献[5]在放大转发中继系统中，利用目的节点发送干扰来实现安全通信，并通过干扰功率分配的优化，实现最优的安全传输；文献[6]中考虑不完全信道状态信息的条件下，研究了多天线协作干扰机辅助的安全传输性能。
通过以上文献可以发现，协作干扰技术恶化了窃听信道传输质量，同时也避免了对合法用户的干扰，能够有效地满足信息的安全可靠传输。从图 2中也可以发现，随着主窃链路差异的增大，安全传输能力不断提高，而干扰机和发送天线数目的增加都可以提高系统的安全性。
2.3 基于信道估计的物理层安全技术
前面所述的多天线技术和协作干扰技术，都是利用主窃链路信号的差异来实现安全，这些技术都是在信号传输阶段起作用；而信号传输之前往往需要先对信道状态信息进行估计。可见，通过干扰、限制窃听用户对信道状态信息的估计能力，可以恶化窃听用户在数据传输阶段的有效信噪比以及对信息的破译能力，因此，差异化信道估计（DCE）也是实现物理层安全的重要手段之一。当前针对DCE的研究主要有反馈与再训练DCE方案[7]和双向训练方案[8]。
文献[7]中在多入多出信道中，设计了合法用户与窃听用户之间差异化信道质量的估计方案，该方案中通过巧妙地将人工噪声合理地加入到训练信号的零空间中，并优化合法用户的信道估计性能，限制窃听用户的估计能力，提升了系统的传输安全性。该方案的不足在于信道估计过程需要多个阶段的反馈与在训练，使得数据帧报头过长，效率低下；为此，文献中[8]对文献[7]的方法进行了改进，提出了双向训练的方案，其利用目的节点而不是基站来发送初始训练信号，窃听用户收到的信号仅仅包含合法用户到窃听用户之间的信息，而不是基站到窃听用户之间的信息，从而巧妙地避免了窃听端对初始训练阶段的估计。
3 总结与展望
本文比较了传统安全传输技术与物理层安全技术的差异性，研究了物理层中的多天线分集技术、协作干扰技术和基于信道估计的物理层安全技术。随着研究的不断深入，物理层安全技术仍然有很大的提升空间，首先，物理层安全技术实现的基础是安全编码，如何设计优异的码字对于提升安全通信能力非常重要；其次，多天线灵活的天线配置，为安全传输提供了额外的自由度，合理地设计天线和发送功率的配置，可以进一步地优化系统的安全传输能力；最后，当前研究主要是针对被动窃听的场景，而对于主动窃听和攻击模式时，现有的安全传输方案往往比较脆弱，探索跨层联合传输方案来保障无线通信系统的安全传输，将具有非常重要的研究意义和现实价值。
参考文献：
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（下D第23页）
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【关键词】无线传感器 GPRS 数据收集 数据分析
1 无线传感网络在日常生活中的应用
1.1 Zigbee无线数据传输网络
Zigbee网络是当代最热的物联网无线数据的终端，因而具有操作简单，使用方便，价格低廉，可靠安全的特点。Zigbee是一种无线自组网技术，同时IEEE802.15.4系列标准由Zigbee联盟制定。它提供SMT与DIP接口，可直接连接TTL接口设备，使其数据能很好的传输；低功耗的特性使得它的最低功耗小于1mA；并且有六路I/O口，输入输出更方便。它主要应用于自动控制与远距离监控方面，能让很多设备嵌入，更好的组建一个无线网络系统。简而言之，Zigbee是一种价格低廉，功耗低的无线短距离组网技术。
1.2 无线传感技术在动物监护方面的应用
无线传感网络是新兴的传感网络，引领者数据传输的革新。当今大数据时代的到来，为它的发展和应用提供了更加广阔的空间。它在交通业、工业、农业以及环境监测方面等都有很好的应用。最近几年在动物监护方面的应用也日益广泛。由于它不需要布线，可以省去很多的人力、物力，减少资金的投入；对于地域的要求也存在灵活性，能很好的实现智能化数据通信，安装方便也是它的一大特性。
2 无线传感系统对藏羚羊的监测与控制
2.1 系统的组成
在这个无线传感系统中，包含监控中心的上位PC机、热释电红外传感器、反射式光电传感器、无线节能监控结点、报警系统等组成。首先无线传感技术能实时监控藏羚羊的状态，无线通信技术能实现数据实时的传递到PC机上，同时把指令信息传递给个个基站的PC机和无线传感器，让无线传感器能重置，开始新的数据传递。从而实现监控中心对其它基站和藏羚羊的网络化管理。对于无线传感模块，用的是TI公司的CC2431芯片为主控芯片，还有无线传感器射频发射和接收设备组成。在藏羚羊的身上安装热释红外传感器和反射式光电传感器可以很好的监测藏羚羊的体温、心率和位置，能够使得监控中心的人们能够追踪藏羚羊每年的迁徙和一些生活习性，还有盗猎的人如果猎杀藏羚羊，可以通过热释电红外线传感器传输的数据及时定位藏羚羊的位置信息，能更好的保护藏羚羊。
其次，无线远程通信模块解除了距离对于无线传输数据的限制，能够更稳定、完整地接收和发送数据信息和监控中心的指令。
2.2 监控中心对于数据的收集和分析
藏羚羊由于活动范围广，我们可以通过无线传感器传输数据到上位PC机，这些数据制作成一个表，记录藏羚羊经常活动的范围，从而更好地实施保护措施。通过移动GPRS网络为用户提供透明TCP无线远距离数据传输或者透明UDP无线远距离数据传输的功能。监控中心在接到数据以后要完成数据备份，以防止系统故障造成的数据丢失，多数据的传递要完成同步，进而对数据很好地收集和分析；它同时能完成高速、稳定、可靠的TCP/UDP透明数据传输功能。
3 工作原理
欲监测和保护藏羚羊，就要建立一个完善的控制管理系统。首先藏羚羊自身的体温和心跳的信息转化成虚拟信息传递到无线传感器，经过A/D转换把虚拟信息转化为数字信息，运用GPRS技术传递到一些基站，这些基站通过信息的整合后，传递给监控中心，该系统根据藏羚羊的心跳和体温来判断其位置和是否安全。传感器设置最高的体温和最低的体温，最大的心跳频率和最小的心跳频率；CC2431完成信息的转换，GPRS无线通信完成数据的远距离传输，监控中心对数据信息进行收集和分析，给出一些判断。
热释电红外传感器和反射式光电传感器有四种测量信号报警上限信号Ps，报警下限信号Px，正常上限信号Pu，正常下限信号Pd。这四个测量信号把藏羚羊的安全分为三个区域。
安全区：Pd
警戒区：P>Ps ；
危险区：P
（1）若藏羚羊的心跳和体温大于正常下限小于报警上限或者大于报警下限小于正常下限，说明藏羚羊在正常的活动，它们是安全的；
（2）若藏羚羊的心跳和体温大于它的报警上限，这说明藏羚羊有两种可能，一种是藏羚羊大规模的迁徙；另一种是受到盗猎人的追赶，在拼命地逃生。
（3）若藏羚羊的心跳和体温小于报警下限，这说明藏羚羊有危险，盗猎人猎杀了藏羚羊死以后温度下降，这时需要最近的藏羚羊保护人员采取相应的措施保护它。
通过传感器传递的数据信息，实现藏羚羊保护的及时性和有效性，同时减少了资金的投入、能源的消耗。因为藏羚羊是恒温动物，它会根据外部的温度调节自身的体温一直维持在相对稳定地范围内，这样不管是白天还是夜晚都能够无偏差的监测藏羚羊的安全情况。还能够通过藏羚羊的活动路线和范围，使得人们对于藏羚羊的迁徙和生活范围有更精确地了解和认识，也有利于在迁徙的过程中和生活的范围内，实施一些人为的保护措施。
4 结论
本文运用了当代最先进的无线通信系统来监测和研究藏羚羊，对于藏羚羊的保护起到了关键的作用。无线通信系统采用的网络化管理，不用布线，就能完成传感器到监控中心PC计算机的数据信息传输，由于其能实现复杂、高效的监控，因此增加了应用的范围。伴随着大数据时代的到来，无线通信系统能更广泛的应用到工业、农业、运输业等。无线通信系统的推广和应用，对于未来的科研和社会效益都能带来巨大的优势。
参考文献
[1]王志波.基于无线传感器网络的目标检测与跟踪研究[D].杭州：浙江大学，2014.
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作者简介
张金良（1987-），男，河南省驻马店市人。大学2013级硕士研究生。研究方向为计算机网络与信息安全。
关键词：LTE；地面无线通信；民航通信；调度
1 研究背景
民用机场地面通讯发展，经历了两个阶段。从原始的手势通讯指挥，过渡到电子通讯指挥。上世纪90年代，模拟集群系统开始兴起。当时语音集群业务已经可以满足通信组内快速通信的需求，在指挥调度中发挥重要作用，90年代中期，模拟集群技术已经在我国的军队、公安、交通等多个领域广泛应用。2001年，我国建设了第一张TETRA网络，随后TETRA在中国取得了很好的发展。但是，随着社会的发展，行业用户对多媒体调度、多任务并发、实时数据处理等实时综合业务需求愈加强烈，迫切需要新一代的无线通信接入技术来满足多媒体调度的需求。
2 LTE地面无线通信技术介绍
2.1 LTE地面无线通信技术概况
LTE无线通信技术英文名称是Long Term Evolution，长期演进技术。是基于UMTS/HSPA和EDGE/GSM的新一代的通信网络技术。LTE通信技术是基于IP的网络结构，是原来的GPRS核心分组网的替代物。同时，由于LTE的兼容特性，可以向UMTS、CDMA2000和GSM等较旧的网络提供数据和语音的无缝切换，所以LTE也被叫做核心分组网演进。LTE之所以可以提升无线网络和数据传输能力和数据传输速度，主要得益于LTE借助新调制方法和新技术。LTE通信技术主要可以分为TDD和FDD两种制式。LTE可以提供高速移动的通信需求，得益于LTE支持广播流和多播技术。LTE的频谱增效是3G增强技术的2-3倍，因为LTE是以MIMO（多入多出技术）和OFDM（正交频分复用技术）为基础的。LTE-Advanced（LTE增强技术）是国际电信联盟认可的第四代移动通信标准。
2.2 LTE地面无线通信技术的基本架构
LTE地面无线通信技术的结构主要分为两个网元，演进型分组核心网（EPC，Evolved Packet Core）和演进型Node B（eNode B，Evolved Node B）。LTE地面无线通信系统只存在分组域。其中，eNode B主要负责接入网，也称作演进型UTRAN（E-UTRAN，Evolved UTRAN）；移动管理实体（MME，Mobility Management Entity）负责信令处理；演进型分组核心网（EPC，Evolved Packet Core）负责核心网；服务网管（S-GW，Serving Gateway）主要负责数据处理，如图1所示。
2.3 LTE地面无线通信技术接口协议
LTE地面无线通信技术的空中接口是E-UTRAN，有以下一些基本特性：
（1）支持TD（时分双工）和FDD（频分双工）通信，同时支持无线连接的时分半双工通信。
（2）强化支持高速移动的移动通信，可以支持终端在高达
500km＼h的移动速度下在不同频段下使用网络服务。
（3）节省电力，LTE上传技术采用SC-FDMA，下载技术采用
OFDMA技术。
（4）延迟低，LTE地面无信通信技术支持较短的建立连接和交
接的准备时间，最佳状态下，小IP包甚至低于5ms延迟。
（5）数据传输速度高，在E-UTRAN技术、20Mhz频段和4×4天线的配合下，峰值上传速率高达75Mbit/s，峰值下载速率高达299Mbit/s。
LTE地面无线通信技术的控制平面协议：
LTE地面无线通信技术的控制平面主要负责QoS保证、最后的资源释放、无线连接的建立、用户无线资源的管理，见图2：
NAS（Non-Access Stratum，非接入层）、MAC（Media Access Control，媒体接入控制子层）、RLC（Radio Link Control，无线链路控制子层）、PDCP（Packet Date Convergence Protocol，分组数据汇聚子层）、RRC（Radio Resource Control，无线资源控制子层）等共同组成LTE地面无线通信技术控制平面协议栈。其中，NAS（非接入子层）和RRC（无线资源控制子层）实现了控制平面的主要功能。NAS（非接入层）控制协议实体主要负责非接入层的控制和管理，位于MME（移动管理实体）和UE（终端）里。实现了以下功能：安全控制、产生LTE-IDLE状态下的寻呼信息、鉴权和承载管理等。
3 LTE地面无线通信系统在民航通信业务中的应用
3.1 地面无线通信系统的安全性
APN专线安全接入：
APN指一种网络接入技术，决定了终端上网时通过哪种接入方式来访问网络。APN具体结构和业务走向图如图3所示。P-GW和单位CE（单位4G接入路由器）置入同一MPLS VPN内，使网络能够实现三层互通，之后P-GW和单位CE（单位4G接入路由器）之间建立GRE隧道，此时P-GW和单位CE（单位4G接入路由器）逻辑上相当于直连。P-GW为用户分配地址，P-GW将LTE终端地址路由到用户接入路由器，下一跳为单位CE（单位4G接入路由器）的GRE接口，单位CE设置回指路由，下一跳为P-GW的GRE隧道口。实现LTE终端和用户接入路由器的互联互通，之后再在两个互联互通的IP之间实现业务或者业务通过硬件级的IPSEC加密。（此部署根据情况自行配置）
3.2 地面无线通信系统在安全生产中的应用
3.2.1 地面多媒体调度应用方案概述
此方案为基于LTE无线通信系统部署的调度平台。如图4所示，核心机房部署有调度平台服务器、交换机，运营商路由器。用户手中的LTE终端通过运营商的LTE网络与核心机房的服务器进行通信，服务器建立地域A与地域B之间的通信链路，地域A与地域B之间进而建立通信。出于安全性的考虑，机房与用户之间的通信还可以通过APN专线进行安全通信。核心机房集中对地域A以及地域B的用户进行管理，地域A与地域B的通信数据保存在核心机房服务器上。
由此可见，基于LTE地面无线通信调度系统的优势在于：
（1）终端功能多样化，智能化、IP化。地面调度不仅有语音功能，而且还可以满足新形势下的新业务需要，语音调度、视频调度以及数据传输可以同时进行；
（2）可以实现终端加密和空中加密，通过通讯审计，将语音、视频保存在核心机房。杜绝无法审计或审计无法朔源的情况发生；
（3）可通信范围更加广阔，只要有运营商信号的地方就可以进行通信，目前运营商的信号覆盖已经相当广泛；
（4）可拓展性强，除了多媒体调度应用之外，核心服务器还可以开发其他相关应用供用户使用。
3.2.2 系统健壮性
处于系统健壮性方面的考虑，在核心机房，可以部署冗余备份。例如，双服务器热备份，同时部署两台交换机，实现业务高可用性。与此同时，对于运营商的选择，可以同时选择两家运营商互为链路备份保障，从而保障系统可以安全可靠运行。
