无线通信研究范文1
关键词：无线通信；GMSK
大型游乐设施逐渐朝着“更快、更高、更刺激”的方向发展。而随之带来的危险性也在逐渐增加。目前大型游乐设施上都布满了各种传感器，用于游乐设施的实时检测监控。在游乐设施信号测量系统中，以往的数据传输方式常常采用有线传输方式，以保证数据的准确性、可靠性、稳定性。然而在一些特殊的场合，高温、野外及条件比较恶劣的环境中，待测系统中的某些参数（如温度、压力、电压、电流等）需要实时传输出来给控制中心，传统有线方式的应用受到限制。在对大型游乐设施运行过程进行分析的基础上，提出基于无线数据传输单元的游乐设施远程安全监控预警系统，结合PLC与GSM网络等手段，系统多个监控单元分工合作，实现对游乐设施的安全监控与安全预警功能。该系统能够有效预报设备故障，减少事故发生率，提高设备的安全运行水平。
1系统组成
无线通信系统由发送单元与接收单元两部分组成，如图1所示。在发射单元，传感器采集到得模拟量数据（电压、电流、温度、压力等）传递给A/D转换器，数据处理模块将A/D转换器转换后的数字信号编码得到字节序列，再经过发射模块形成调制信号并送入信道，然后通过无线模块发送出去。在接收端，首先接收模块对接受到的调制信号进行解调，在数据处理模块恢复出字节序列，在电平转换模块中进行数据分析储存，并转化为系统参量在显示模块中实时显示出来。当系统参量超过正常范围时，中心通讯管理软件发出报警信号，现场工作人员通知操作员进行检修或停止工作。传感器测得的模拟信号经过A/D转换器转换为8位数字信号，在数据处理模块中，经FIR数字滤波器滤掉其中高频分量，然后将8位数字量作为直接数字频率合成器DDS相位累加器的输入信号，用DDS来产生高分辨率、载频可编程、频偏可调的频率时变信号，传输给发送模块通过差分编码，单边带调制器进行GMSK正交调制，实现调频基带信号向高频的搬移，搬移后携带信息高频向空间辐射，进行无线通信。数据处理模块如图2所示。采用ALTERACycloneIIEP2C5T144C8芯片，CycloneII系列FPGA支持Altera公司的NiOSII嵌入式软核处理器。该芯片具有40万系统门，8064个逻辑单元内嵌18K位块RAM，包含4个时钟管理模块和8个全局时钟网络，配置芯片（EPCS1），有源晶振及下载调试接口。整个芯片划分为FIR滤波器模块、DDS（直接数字频率合成器）模块、时钟逻辑模块、采样控制模块、储存控制模块等电路。时钟模块单元提供时序工作节拍，设计中采用100MHz的频率输出，以保证测控中同步脉冲的实时性。存储单元完成数据的暂存与管理，采用“乒乓原理”实现大批量数据的写入、读出及管理功能。数据处理模块中的FPGA芯片是发射单元的核心，用FPGA实现软件无线电发射机，不仅降低了产品成本，减少了设备体积，满足了系统的需求，而且比专用芯片具有更大的灵活性和可控性。由于FPGA芯片不能处理模拟量信号，来自传感器的模拟量经A/D转换芯片转换成相应的数字量才能输入到FPGA中进行处理。该系统采用AD公司的AD9283芯片，AD9283是8位的A/D转换器，输入为-0.5~0.5V的模拟信号，内部采用流水线结构，工作电压为3.3V，A/D转换器的时钟由系统时钟分频电路提供。经过编辑的数字量信号送入发射模块进行GMSK（高斯滤波最小相移键控）编码，GMSK具有良好的频谱特性以及误码性能，目前已广泛应用于GSM在内的众多无线通信系统中。发送模块与接收模块原理如图3所示。发送模块主要由并串转换、差分编码和GMSK调制三个子模块组合而成，首先将输入的字节序列经过并串转换变为比特序列，再经过差分编码以及GMSK调制，形成GMSK调制信号。接受模块主要由GMSK解调、差分解码和串并转换以及帧同步三个子模块组成，分别实现发送端GMSM调制和并串转换的逆过程。
2无线系统的软件设计
系统软件设计包括发射机通讯软件和接收机FPGA的实时控制软件。硬件描述采用VHDL语言，其主要特点在于，能形式化抽象表示电路的行为和结构，支持逻辑设计中层次与范围的描述，可借用高级语言的精巧结构来简化电路行为的描述，具有电路仿真与验证机制以保证设计的正确性，支持电路描述由高层到底层的综合转换，硬件描述与实现工艺无关，便于文档管理，易于理解和设计重用。上位机通讯管理软件设计主要实现对数据的处理及管理。下位机软件是一个实时控制程序，每秒采集新的数据，并将其发送出去。控制程序流程如图4所示。无线数据传输系统可以连接不同的传感器，远距离接受测试信号。以江苏省特种设备安全监督检验研究院真空造浪系统为例，由于油温、油压力、电压、电流直接影响液压系统的工作，开环系统对油温变化非常敏感，为提高系统性能，设置传感器监控系统，采集到的信号通过无线传输给计算机，通过显示界面将系统测量到的参数显示出来，如图5所示。
3结语
本文完成了基于无线通信的远程游乐设施监控系统设计，以无线的方式将传感器采集的数据实时显示在监控系统中，便于对运行的游乐设施的技术状态进行分析，以判断其运行是否正常，并可对异常情况进行追踪，确切掌握设备的实际特性，有助于判断需要修复或更换的零部件和电子元器件，充分利用设备和零件的潜力，节约维修费用，减少停机损失。
作者:司晓霞 韩喆 单位:1.江苏省特种设备安全监督检验研究院 2.中国船舶科学研究中心
参考文献
[1]冀保峰.现代无线通信系统[M].北京：水利水电出版社，2016.
[2]崔莉，鞠海玲，苗勇，等.无线传感器网络研究进展[J].计算机研究与发展，2005(1)：163-174.
[3]王殊，阎毓杰，胡富平，等.无线传感器网络的理论及应用[M].北京：北京航空航天大学出版社,2007.
[4]刘颖.同步数字传输技术[M].北京：科学出版社，2012.
无线通信研究范文2
【关键词】 红外无线通信 红外协议 室内无线传输
一、引言
我国通信技术与网络技术不断发展的过程中，也促使红外无线通信技术得到了快速健康的发展，并在多个领域中得到广泛应用。在光谱中波长自0.76至400微米的一段Q为红外线，它涉及的区域比较宽，因此无线管理协会不会对其约束，而且红外线的安全性也得到较大提升，它不会穿越不透明物体，所有在国际会议与各大企业中以红外载波作为基础的无线通信技术，均有应用，其安全性明显高于其他常用的无线通信技术。
二、红外无线通信技术
1、红外通信基本原理。红外通信：利用近红外线来传输信号的通信方式，主要是用来取代点对点的线缆连接，和蓝牙、WiFi（802.11）等一样，是一种无线数据传输技术。在红外通信的过程中，我们是利用近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，也即是作为通信信道。基带二进制信号被发送端调制为一系列的光脉冲串信号，然后我们将红外信号通过红外发射管发射出去。然后接收端将接收到的光脉转换成电压信号，送给解调电路进行解调前还需要经过放大、滤波等处理，还原为可识别的二进制信号后输出。
2、红外通信的优缺点。1）优点：低功耗，小于40多毫瓦；经济实用、方便连接、简单易用；安全性高，具有不透光材料的阻隔性，可分隔性；小角度保持在30度锥角以内，短距离适合室内传输，保密性强，点对点直线数据传输；红外的传输速率较高，4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经；无频道资源占用性；无有害辐射，绿色产品特性：科学实验证明，红外线是一种对人体有益的光谱，所以红外线产品是一种真正的绿色产品； 具有一定的安全性。短距离通信、窄的信号角度、同步时设备的位置固定、通信链路上不能有任何障碍物、只能是点到点的通信这些特点提供了一定的安全性。2）缺点：受限于视距传输和最大1m的传输距离，短距离通信。由于红外线的波长较短，对障碍物的衍射能力差，所以只适合于短距离无线通讯的场合（比如室内传输），其点对点的传输连接，无法灵活地组成网络；进行“点对点”的直线数据传输；要求通信设备的位置固定；由于采用调幅进行传输，抗环境干扰能力差；在传输数据时，当输出的功率一定时，用于信号传输的功率小，接收到的数据信号的信噪比小，容易误判数据，造成传输的误码；红外通信采用异步双工的通讯方式，即通信某一方的发送和接口是交替进行的，这是由于考虑到红外光反射，在全双工方式下发送的信号可能会被本身接收。
三、红外协议栈
IrDA1.1标准是红外协议的一个标准，即Fast InfraRed。FIR的最高传输速率达到四兆每秒，同时采取了最新的基带数据处理技术，FIR是目前红外无线通信中运用得最广泛的标准，应用这种标准的产品也备受人们的青睐。VFIR技术是一种通讯速率更高的技术，是FIR传输速率的四倍。不断提高的传输速率使红外线在短距无线通信领域有了更多的用武之地。IrDA标准都包括两个基本的协议：红外连接访问协议IrLAP和红外连接管理协议IrLMP；一个基本的规范红外物理层连接规范IrPHY。红外无线通信硬件设计的标准和要求由IrPHY规范制订；IrLAP和IrLMP为两个网络层，主要对软件连接进行管理，测试和维护。在这两种协议的基础上，针对一些特定的红外通信应用领域，IrDA还了一些更高层次的红外协议，如IrLANIrOBEX、IrTran-P和IrBus等等，这些协议在无线通信领域也将得到普遍的应用。
四、基于红外技术在室内无线传输领域应用
当今社会随着红外无线通信的快速发展，已经备受人们青睐。随着红外技术的普遍性应用，已经成为一种被业内认可的无线控制的通信标准。虽然IR端口的数据传输率很快，但其传输距离不长，由于这个劣势大大限制了其应用范围和满足市场的需求。为了解决现有IR端口存在的这些问题，Infra-Com公司开发出了基于漫散射红外无线通信技术。这种技术为了解决传统IR解决方案的对视距和方向性的要求，增强了红外线配到物体表面弹回的能力。DIR技术通过增大了红外无线产品的作用距离，从而拓宽了其应用范围。
五、结论
21世纪随着红外无线数据通信技术的不断发展，这种技术在我们的生活中及更多的行业得到更广泛地应用。
参 考 文 献
[1]掌上系统红外通信技术及其应用[D]. 于宏伟.吉林大学 2004
无线通信研究范文3
【关键词】 智能交通系统 无线通信网络
前言：信息时代背景下，物联网、移动互联网等技术的出现和广泛应用，为人们交通出行提供了极大的便捷，尤其是智能交通系统，以其自身安全、高效等优势，在控制车流量、缓解交通拥堵等方面发挥着积极作用。
一、智能交通系统发展现状
智能交通系统（ITS），主要涉及道路车辆运营、服务控制等多个领域，并融合了计算机技术、传感器技术等技术于一体，将车辆、管理人员及使用者等主体结合到一起，构建一种高效、准确的运输系统。
智能交通系统最早开始于美国，直至上个世纪八十年代，才进入我国。至此，我国开始运用高科技手段发展交通运输[1]。随着该项技术应用范围的扩大，越来越多的技术人员参与研究和开发当中，尝试在技术上有所突破。在“十二五”期间，国家将该项技术的研究列入到信息科学部门的重点研究行列当中，以此来促进我国城市快速发展。
二、智能交通系统中无线通信网络应用分析
目前，无线通信网络主要由两类构成，一是能够覆盖公众领域的无线，如GSM、3G、LTE等；二是用于短距x的行业通信，如DSRC、McWiLL。车辆无线通信在100米以内和方向性传输层面具有有效性，经过激光、毫米波信道，能够实现双向或者单向数据信息的传输，且能够进行不同格式间的转换。一般来说，传输的信息主要包括车辆位置、道路信息等，以此来避免追尾、碰撞等交通事故。
1、公共领域无线。GSM是由欧洲电信标准组织制定的一种数字移动通信标准，空中接口多采用时分多址技术。WCDMA主要采用宽带码分多址技术，其与传统通信系统具有相似的结构，可以划分为频分双工等方式。在实践使用中，码片速率为3.85Mcps，载波宽带为5MHz。TD-SCDMA标准是由中国第一次提出，也是我国在无线通信领域研究的一项重大突破，并在国际上使用的第三代移动通信标准，该标准综合了多种通信方式的优势，通过综合使用智能天线等技术，在很大程度增强了无线通信的传输容量及效率，且能够避免外部因素的过度干扰。
2、短距离通信。DSRC是一种用于车辆的无线通信技术，能够在车――路、车――车之间形成良好的通信网络。该项技术能够为系统运行提供高速、实时的数据传输，能够保证通信链路低时延以及系统运行可靠性，能够有效节约成本，提高道路运行有效性[2]。在实践中，该项技术能够对高速移动的物体进行监测。WcWiLL建立在空中接口的下行共享信道基础上，能够发挥语音组呼功能，各项功能指标符合集群调度应用需求，最为关键的是其与系统能够实现良好的链接，形成无线虚拟专网，最大限度上避免外部因素对信息传输的过度干扰，确保数据信息传输可靠、真实性。虽然，WLAN是当前应用范围最广的无限宽带接入技术，但是其通信覆盖率过小，更多的是用于室内无线网络，在智能交通系统应用中还存在一定局限性，尤其是超过百米以上的距离，较易受到外部因素的干扰。
3、比较分析。通过对当前智能交通系统中无线通信网络的研究，我们进行综合比较发现，不同的接入技术，对应的性能也有所差别，如无线蜂窝技术无法有效满足时延需求，需要始终保持连接状态，才能够满足短时告警类业务，如果采取这种方式，将会在很大程度上增加系统运行成本、且会过度消耗终端电能。但是该项技术在实践中，具有覆盖广等优势，适用于支持交通效率、信息服务等多个环境当中[3]。如在公交车内安装具有蜂窝功能的无线识别器，站内具备监控器当中同样安装该设备，在运行过程中，能够接受到车内无线设备发来的信号，以此来检测车辆的到达时间、车牌号等。同时向公交车发送站台标识号，公交车能够根据收到的信号进行自动报站，根据车辆发来信号的强弱判断车辆与控制中心之间的距离，从而准确掌握每辆公交车的运行状况，进行科学合理调度公交车。而对于短距离通信来说，DSRC技术具有较好的时延性特点，在相对安全的环境当中较为适用，如固定管理节点与移动台之间的通信。
结论：无线通信网络在智能交通系统中的应用，能够在很大程度上提高交通系统运行有效性，且能够为人们生活和出行提供便利。在具体应用中，我们可以根据当地道路通信情况合理选择无线网络技术，充分发挥技术的灵活性、多元化等优势，促进智能交通系统有序运行，促进我国道路交通事业持续健康发展。随着科学技术不断发展，我们还需要进一步加强对无线通信的研究，不断完善各项技术的通信性能。
参 考 文 献
[1]杜少凤，韩玉楠，杨岩岩，于晓溪.智能交通系统的无线通信技术探讨[J].现代电信科技，2014，（07）：68-73.
无线通信研究范文4
【关键词】移动通信；无线信道；特性
中图分类号：E965 文献标识码：A 文章编号：
一、前言
目前，在国内的移动通信中，相关人员对无限信道的研究还不够深入，不能够很好的掌握无线信道的规律，因此，研究移动通信中无线信道特性很有必要。
二、无线信道对信号的影响
信号在无线信道中传播一般可归结为反射、绕射和散射三种基本传播方式,无线信号无论是在前向链路还是在反向链路的传播,都会以多种方式受到物理信道的影响。由于无线信道的复杂性和时变性,信号通过无线信道时会受到各个方面的衰减损耗。总的说来,信道对无线信号的影响可归纳为自由空间路径损耗、阴影衰落和多径衰落三种。
在无线信道中,有三种最重要的多径衰落效应:信号强度在一段很小的传播距离或时间间隔内快速变化产生的多径衰落;不同路径信号的多普勒频移引起的随机频率变化以及多径传播时延扩展引起的多径衰落效应。无线信道的多径衰落会导致信号在不同维(时间、频率、空间)的扩展,对无线通信信号具有明显的影响。
三、通信系统中信道模型的演变
通过进行实地测量和分析，我们可以将各种无线信道抽象为模型，然后依据这些模型对无线通信系统进行设计和优化。理论上来说，无线通信信道就是一个线性滤波器。发射的信号通过这个滤波器后被接收，所以信号传输就是一个信号处理的过程。信道模型给出了信道的基本统计信息，因此它是信道估计的基础。我们这里要讨论的信道模型有以下几类：TU模型，ITU信道模型，LTE扩展信道模型。在GSM网络投入运行之前，TU模型就已经被用来决定GSM中均衡器的需求和性能。后来3GPP组织提出的一个新的TU模型，其与旧TU模型的最大区别在于新模型的最大时延只有旧模型的一半。随着时间的推移，在3G系统进入标准化阶段的过程中，ITU组织提出了一系列的信道模型。这一系列一共有6个模型：4个具有经典Jakes谱的模型和2个具有矩形谱的模型。4G通信系统的标准在制定过程中首先需要确立自己的信道模型，然而，随着通信系统的演变和基站数量的增加，以前人们确定好的模型已经不再适合被用来模拟当今通信系统中的信道，因此，制定LTE标准的3GPP组织确立了3个从旧信道模型演变出来的扩展信道模型。
四、无线信道电波传播
一个通过无线信道传播的信号往往会沿着一些不同的路径到达接收端,即信号传输具有多径特性。移动通信中的信道通常是一种时变信道,无线电信号通过移动信道时会受到各个方面的衰减损失,接收信号功率可表示为：
式中d表示移动用户与基站的距离。上式表示信道对无线电信号的影响可归纳为3类:自由空间的路径损失(也称传输损耗)d-n:是移动台与基站之间距离的函数,描述的是大尺度区间(数百或数千米)内接收信号强度随发射到接收距离而变化的特性;º阴影衰落S(d):又称大尺度衰落或慢衰落或长期衰落,它描述中等尺度区间(数百波长)内信号电平中值的慢变化特性,按对数正态分布,是由于传输环境中的地形起伏、建筑物和其它障碍物对电波的阻塞或遮蔽而引起的衰落;»小尺度范围的多径衰落R(d):又称短期衰落,是由于移动用户附近的多径散射产生,它描述小尺度区间(数个或数十波长)内接收信号场强的瞬时值的快速变化特性。图1示出了某衰落信号的路径损失、慢衰落和快衰落,图中的距离用对数表示。
图1衰落信号的路径损失、慢衰落和快衰落的关系
多径传输将导致信号在时间、频率、空间的扩展,它们对通信的影响很大。本文重点研究多径衰落下时间和频率的扩展以及它们的无线信道特性。
五、多径无线衰落信道的分类
1、多径时延扩展产生的衰落效应
(一)平坦衰落
设Ts是信号带宽的倒数(即信号周期),Bs是信号带宽,Tm和分别是信道的时延扩展和相干带宽。若或,即无线移动信道的带宽大于发送信号的带宽,且在带宽范围内有恒定增益及线性相位,则接收信号经历了平坦衰落过程,这是一种最常见的衰落。在平坦衰落情况下,信道的多径结构使发送信号的频谱特性在接收机内仍能保持不变。不过,由于多径导致信道增益的起伏,使接收信号的强度会随着时间变化。
在平坦衰落信道中,由于发送信号带宽的倒数远大于信道的多径时延扩展可近似认为无附加时延(即的单一函数);幅度变化的平坦衰落信道(不会影响传输信号的频谱特性)有时可看成是窄带信道,这是由于信号带宽比平坦衰落信道带宽窄得多的原因。典型的平坦衰落信道会引起深度衰落,因此在深度衰落期间需要增加20dB或30dB的发送功率,以获得较低的比特误码率,这一点与非衰落信道在系统操作方面是不同的。另外平坦衰落信道增益分布对设计无线链路非常重要,最常见的幅度分布是Rayleigh分布。
(二)频率选择性衰落
若信道具有恒定增益和线性相位的带宽范围小于发送信号带宽,即:和Ts
频率选择性衰落是由信道中发送信号的时间色散(弥散)引起的,这样信道会引起了符号间干扰(ISI),因为发送信号S(f)的带宽大于信道的相干带宽。从频域看,不同频率获得不同增益,接收信号的某些频率分量比其他分量获得了更大增益,就会产生频率选择,当多径时延接近或超过发送信号的周期时,就会产生频率选择性衰落。频率选择性衰落信道也称为宽带信道,因为信号S(t)的带宽宽于信道冲激响应带宽。随着时间变化,S(t)频谱范围内的信道增益与相位也发生了变化,导致接收信号r(t)发生时变失真。频率选择性衰落信道的建模要比平坦衰落信道的建模更困难,因为必须对每一个多径信号建模,且必须把信道视作一个线性滤波器。
2、多普勒扩展引起衰落效应
(一)快衰落
根据发送信号与信道变化快慢程度的比较,信道可分为快衰落信道和慢衰落信道。在快衰落信道中,信道冲激响应在符号周期内变化很快,信道的相干时间比发送信号的信号周期短。由于多普勒扩展引起频率色散(也称为时间选择性衰落),从而导致信号失真。从频域看,信号失真随发送信号带宽的多普勒扩展的增加而加剧。因此,信号经历快衰落的条件是:和。
当信道被认为是快衰落或慢衰落信道时,就不必指定它为平坦衰落或频率选择性衰落信道。快衰落仅与运动引起的信道变化率有关。对平坦衰落信道,可以将冲激响应简单近似为一个D函数(无时延),故平坦衰落、快衰落信道就是D函数变化率快于发送基带信号变化率的一种信道;而频率选择性、快衰落信道是任意多径分量的幅度、相位及时间变化率快于发送信号变化率的一种信道。实际上,快衰落仅发生在数据率非常低的情况下,即它可认为是低速率信道。
(二)慢衰落
在慢衰落信道中,信道冲激响应变化率比发送的基带信号S(t)变化率低得多,因此可假设在一个或若干个带宽倒数间隔内,信道均为静态信道。在频域中,这意味着信道的多普勒扩展比基带信号带宽小得多,所以信号经历慢衰落的条件是:
。显然,移动台的速度(或信道路径中物体的速度)及基带信号发送速率,决定了信号是经历快衰落还是慢衰落。慢衰落信道可认为是一种慢速度和高数据速率的信道。
图2给出了不同多径参数与信号经历的衰落类型之间的关系总结。
图2信号所经历的衰落类型,分别以符号周期和基带信号带宽为参数
六、结束语
在今后移动通信的发展过程中，要重视对无线信道特性的研究，只有不断地深入研究无限信道的特性，才能够不断的提高无线通信的能力和性能。
【参考文献】
无线通信研究范文5
随着信息技术的不断发展，移动通信也为人们的生活提供了重要的便利。而绿色无线移动通信技术的出现，有效地降低了发射功率的系统，而这种新设计对于未来无线通信的发展方向具有重要的意义，促进其朝着传输更稳定的方向转变。因此文章旨在对绿色无线移动通信的内涵进行分析，并针对性地研究其未来的发展方向。
关键词：
绿色；无线移动通信技术；研究和思考
0引言
移动通信的深入应用，也注定了无线通信在未来的资源节约和环境保护成为未来主要的发展方向和研究对象。为了能够促进绿色无线移动通信技术的使用，不断有专家学者在这一方面作出了研究，研究内容也从理论、方式、技术、使用等多个方面进行概括，这也是本文主要的研究方向。
1绿色无线移动通信的现状
我国的互联网和无线移动通信的发展速度在近年来有了显著的提升，但是从实际的现状上来看，与一些经济发达的地区相比还存在着一定的差距。目前，我国的无线移动通信技术无论是业务能力还是群众基础上都处于一个相对落后的水平。无线也是基于宽带的一种延伸，要实现稳定和成熟的使用还需要一段时间，因此这一发展过程也是非常关键的。而从现阶段的绿色无线网络的发展过程中来看，从传统的单一化发展，到现阶段的多元化发展，都离不开体系的建立和网络系统平台的支持，以此来满足用户日益提升的需求[1]。但是在发展过程中仍然有一个注意的地方，那就是无线移动通信技术可能会在一定程度上对宽带通信的发展造成影响，对于电力、能源的消耗问题也是需要考虑到的问题。因而未来的研究方向也应该侧重于技术上的革新，来应对网络系统带来的变化，从而优化网络结构，解决现阶段存在的问题，发挥绿色无线移动通信技术的优势。
2绿色无线移动通信技术探讨
2.1节能系统
绿色无线通信涉及到了很多学科的知识，而其分布式天线系统相比于传统的蜂窝移动通信，可以体现出更加明显的优势。传统的蜂窝移动通信系统的最大问题在于小区边缘问题，无论是功率效率还是频谱效率都非常低，原因在于终端接收的功率下降。而电波的衰减本身与频率有着密切的联系，功率效率越低，小区边缘问题就体现得越明显。而绿色无线移动通信技术具有优秀的节能系统，即通过分布式天线系统来实现节能的目的。基站具有多个分布式的收发点和基站处理器，基站通过光纤将收发点的远程信息集中到基站处理单元进行信号处理，然后可以让分散的电波对小区均匀覆盖，提升了功率效率，在一定程度上起到了节能减耗的作用[2]。虽然分布式天线系统模型比较复杂，但是随着研究工作的不断深入，也发现分布式天线的物理位置分散的特点对于多用户干扰的问题有着重要的作用，影响程度明显减少，所以分布式系统将基站发射的功率非常均匀地供给了小区，提升了小区的平均容量。所以终端也能一直找到最近分布的远端天线，效率得到充分保障。该技术也是未来应该重点发展的技术，是绿色网络化的重要体现。
2.2能量效率提升
绿色无线移动通信的发展需要遵循两个方面的原则，那就是能耗和污染物的降低。所以无线移动通信也可以实现“节能减排”。首先是无线传输技术的提升，即如何提升点到点比特传输的有效性。为了保障其效率和能量的实际需求，可以利用低阶调制技术和低复杂度设计。组网技术也是一种有效的网络结构。如下图1所示，就是传统小区和分布小区能量效率的对比。另外，在服务模式上的调整也是技术革新的有效方式。在现阶段用户的大量数据当中，非实时业务所占的比例是非常大的，而现阶段的优化过程中，以内容传输为主要方向的研究还比较少，因为利用内容感知的软实时信息传输的优化效果会更加显著，所以智能终端和智能搜索的结合可以成为绿色设计的出发点，利用软实时传输的优势在于提升了能量和频谱效率，并提供给用户更加优质的业务体系[3]。
2.3绿色无线通信的体现
无线移动通信网络在其的发展过程过于单一化，虽然经过多年来的发展已经成为了适应性强、速率快的稳定无线移动通信体系。但是在未来，能源的开销和环保问题将成为研究的主要方向。所以在这种形势下，提出无线通信绿色化的理念是非常合适的，这也是未来社会发展的必然趋势。绿色是一个战略性问题，除了包含数据传输的速度以外，还包含了资源的节约。在无线移动通信当中，频谱资源的价值是最重要的，而目前的“节能减排”工作的重点也主要在于根据无线通信的目标和用户的具体需求，对频谱资源进行最合理有效的运用，防止电磁污染和信息污染。从现阶段的发展现状来看，也能看出当前无线移动通信绿色化发展的关键问题时如何实现数据传输的效率提升。在过去的发展中，研究方向也一直是放在效率方面。效率是一个全面性的概念。频谱的利用率不但涉及到传输问题，还与网络及系统架构有着直接的联系。
2.4无线小区的设计
无线移动通信是建立在小区结构的基础上，并可以实现最大化的用户接入能力和信息传输的效率，且不会受到小区半径和距离的限制。换而言之，它是不影响到基站成本和功率的设计。随着技术的不断发展，无线移动通信的基站系统也需要考虑到发送功率的效率问题。环保体系下的小区设计与小区基站的能源消耗有着直接的联系，所以为了实现在通信质量不受到影响的前提下，稳定基站总体的能源消耗，最好的方式就是在用户业务和服务面积不变的基础上计算基站总数的开销。当然相关产品的开发也需要高度重视。由于移动通信系统当前已经涵盖到了社会经济的方方面面，在未经过实际检验之下贸然推广绿色无线移动通信技术，必然导致社会秩序的混乱，从而给国民经济发展带来不良影响[4]。
3结语
通过研究，可以看出绿色无线移动通信是一项复杂的技术，不仅包含了简答的工程处理，还涉及到多方面的研究和讨论的一项重大课题。从其发展现状和未来的趋势来看，绿色无线移动通信的重要性是不言而喻的。同时，该技术也是未来社会和国民经济发展中的必然要求，而其产品的稳定性和性价比也是今后的工作中需要重点考虑的问题，需要移动通讯行业高度重视，并采取针对性的解决方案。
参考文献：
[1]尤肖虎,王京,张平,等.对绿色无线移动通信技术的研究和思考[J].中国科学技术大学学报,2012,39(10):1009-1015.
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无线通信研究范文6
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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[2] X. Jun， T. Yanqun， M. Dongtang， X. Pei， and W. Kai-Kit.Secrecy Performance Analysis for TAS-MRC System With Imperfect Feedback[J].IEEE Transactions on Information Forensics and Security， 2015，10（8）： 1617-1629.
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[3] G. Pan， H. Lei， Y. Deng， L. Fan， J. Yang， Y. Chen， and Z. Ding.On Secrecy Performance of MISO SWIPT Systems with TAS and Imperfect CSI[J].IEEE Transactions on Communications， 2016（99）： 1-1.
[4] N. Yang， S. Yan， J. Yuan， R. Malaney， R. Subramanian， and I. Land.Artificial Noise： Transmission Optimization in Multi-Input Single-Output Wiretap Channels[J].IEEE Transactions on Communications， 2015，63（5）： 1771-1783.
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[6] X. Chen， J. Chen， H. Zhang， Y. Zhang， and C. Yuen.On Secrecy Performance of A Multi-Antenna Jammer Aided Secure Communications with Imperfect CSI[J].IEEE Transactions on Vehicular Technology ， 2015（99）：1-1.
