淺析基於通信系統淺談無線通訊技術

論文類別:工學論文 > 通信學論文
論文標簽:通信系統論文
論文作者: 張帆
上傳時間:2013/1/18 8:17:00

  論文關鍵詞:無線通訊 重要作用 Bluetooth  UWB

  論文摘 要:隨著因特網、多媒體和無線通訊技術的發展,人們與信息網絡已經密不可分。當今無線通訊在人們的生活中扮演著越來越重要的角色,低功耗、微型化是用戶對當前無線通訊產品尤其是便攜產品的強烈追求,作為無線通訊技術一個重要分支的短距離無線通訊技術正逐漸引起越來越廣泛的關註。本文通過Bluetooth和UWB的技術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的可能。

   前言
   目前,我國大型石化企業在廠內的通訊方式,一般仍然采用傳統的有線傳輸方式,即依靠有線通訊電纜來傳輸信號,配合以傳統的程控交換機和防爆電話,防爆揚聲器等等設備終端來實現在防爆區與非防爆區之間的通訊。這樣的通訊系統龐大,線纜眾多不易於人員維護,加之廠區內部腐蝕性氣體,工作環境,自然環境等經年累月極容易造成設備的線纜損壞,影響通訊,由於是有線電纜連接在事故發生時更加容易遭受破壞。一旦通訊中斷,對企業的事故救援,員工的人身安全,都造成巨大的損失。所以要大力發展無線通訊網絡在企業的應用。 1、無線通訊技術的重要作用
   石化工廠廠區面積大,人員分布散,防爆區內移動作業人員和零散作業人員眾多。無線通訊系統對滿足人員通訊需要,加強防爆區內分布人員的動態管理,優化廠區網路結構,實現企業安全生產,調度指揮的有線,無線互聯互通,相互結合的信息傳遞,保證企業安全高效的生產具有十分重大的現實意義。

   2、常用的無線通訊技術分析

目前廣泛應用的無線通訊技術主要有GPRS/CDMA、數傳電臺、擴頻微波、無線網橋及衛星通信、短波通信技術等。 2.1 數字電臺用於點對點或點對多點的工作環境,能夠提供標準RS-232接口,可直接與計算機、RTU、PLC等數據終端連接,實現透明傳輸。數傳電臺的傳輸速率從1200~19.2Kbit,傳輸距離20~50公裏。具有抗幹擾能力強、接收靈敏度高等特點。數傳電臺技術比較成熟,標準統一。但隨著GPRS/CDMA技術的日漸成熟,相應的設備價格的降低,使得在很多應用場合中數傳電臺被GPRS/CDMA所取代。但同時,數傳電臺的相關技術也在不斷發展,智能化、網絡化、高帶寬的數傳電臺也不斷湧現。
   2.2 擴頻微波和無線網橋技術是近幾年興起的一門數據傳輸技術。擴頻微波最大優點在於較強的抗幹擾能力,以及保密、多址、組網、抗多徑等,同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點,特別適合野外聯網應用。而無線網橋是無線射頻技術和傳統的有線網橋技術相結合的產物。無線網橋是為使用無線(微波)進行遠距離數據傳輸的點對點網間互聯而設計。它是一種在鏈路層實現LAN互聯的存儲轉發設備,可用於固定數字設備與其他固定數字設備之間的遠距離(可達50km)、高速(可達百Mbps)無線組網。這兩項技術都可以用來傳輸對帶寬要求相當高的視頻監控等大數據量信號傳輸業務。

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   3、短距離無線通訊技術簡介

   “藍牙(Bluetooth)”是一個開放性的、短距離無線通訊技術標準,也是目前國際上最新的一種公開的無線通訊技術規範。它可以在較小的範圍內,通過無線連接的方式安全、低成本、低功耗的網絡互聯,使得近距離內各種通訊設備能夠實現無縫資源共享,也可以實現在各種數字設備之間的語音和數據通訊。由於藍牙技術可以方便地嵌入到單一的CMOS芯片中,因此特別適用於小型的移動通訊設備,使設備去掉了連接電纜的不便,通過無線建立通訊。 藍牙技術以低成本的近距離無線連接為基礎,采用高速跳頻(Frequency Hopping)和時分多址(Time Division Multi-access—TDMA)等先進技術,為固定與移動設備通訊環境建立一個特別連接。作為一個新興技術,藍牙技術的應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,藍牙技術已成為近年應用最快的無線通訊技術,它必將在不久的將來滲透到生活的各個方面。

4、超寬帶(UWB)技術研究

超寬帶(Ultra-wideband—UWB)技術起源於20世紀50年代末,此前主要作為軍事技術在雷達等通訊設備中使用。隨著無線通訊的飛速發展,人們對高速無線通訊提出了更高的要求,超寬帶技術又被重新提出,並倍受關註。UWB是指信號帶寬大於500MHz或者是信號帶寬與中心頻率之比大於25%的無線通訊方案。與常見的使用連續載波通訊方式不同,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,因此最大數據傳輸速率可以達到幾百分之一。在高速通訊的同時,UWB設備的發射功率卻很小,僅僅是現有設備的幾百分之一,對於普通的非UWB接收機來說近似於噪聲,因此從理論上講,UWB可以與現有無線電設備共享帶寬。UWB是一種高速而又低功耗的數據通訊方式,它有望在無線通訊領域得到廣泛的應用。UWB的特點如下:
   4.1 抗幹擾性能強:UWB采用跳時擴頻信號,系統具有較大的處理增益,在發射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中,輸出功率甚至低於普通設備產生的噪聲。 4.2 傳輸速率高:UWB的數據速率可以達到幾十Mbit/s到幾百Mbit/s,有望高於藍牙100倍。 4.3 帶寬極寬:UWB使用的帶寬在1GHz以上,高達幾個GHz。超寬帶系統容量大,並且可以和目前的窄帶通訊系統同時工作而互不幹擾。 4.4 消耗電能少:通常情況下,無線通訊系統在通訊時需要連續發射載波,因此要消耗一定電能。而UWB不使用載波,只是發出瞬間脈沖電波,也就是直接按0和1發送出去,並且在需要時才發送脈沖電波,所以消耗電能少。 4.5 保密性好:UWB保密性表現在兩方面:一方面是采用跳時擴頻,接收機只有已知發送端擴頻碼時才能解出發射數據;另一方面是系統的發射功率譜密度極低,用傳統的接收機無法接收。 4.6 發送功率非常小:UWB系統發射功率非常小,通訊設備可以用小於1mW的發射功率就能實現通訊。低發射功率大大延長了系統電源工作時間。 4.7 成本低,適合於便攜型使用:由於UWB技術使用基帶傳輸,無需進行射頻調制和解調,所以不需要混頻器、過濾器、RF/TF轉換器及本地振蕩器等復雜元件,系統結構簡化,成本大大降低,同時更容易集成到CMOS電路中。
   5、結束語
   總之,無線通訊方式由於其建立物理鏈路簡單易行,成本低,可以根據現場需求及時調整項目方案,靈活性好,系統的功能擴展方便,因此特別適合石化行業對通信鏈路的要求。

  

參考文獻

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