時間：2023-02-25 10:52:28
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足球機器人是一個極富挑戰(zhàn)性的高技術(shù)密集密集型項目，融小車機械、機器人學(xué)、機電一體化、單片機、數(shù)據(jù)融合、精密儀器、實時數(shù)字信號處理、圖像處理與圖像識別、知識工程與專家系統(tǒng)、決策、軌跡規(guī)劃、自組織與自學(xué)習(xí)理論、多智能體協(xié)調(diào)以及無線通信等理論和技術(shù)于一體，既是一個典型的智能機器人系統(tǒng)，又為研究發(fā)展多智能體系統(tǒng)、多機器人之間的合作與對抗提供了生動的研究模型。它通過提供一個標準任務(wù)，使研究人員利用各種技術(shù)獲得更好的解決方案，從而有效促進各個領(lǐng)域的發(fā)展。其聽理論與技術(shù)可應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、自動化流水線、救援、教育等實踐領(lǐng)域，從而有效推動國家科技經(jīng)濟等方面的發(fā)展。機器人足球從一個側(cè)面反映了一個國家信息與自動化領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和高技術(shù)發(fā)展水平。
目前，國際上有機器人足球比賽分為兩大系列——FIRA和Robocup。本文所要論述的系統(tǒng)所應(yīng)用的F-180小型足球機器人比賽就是RoboCup系列中應(yīng)用較廣泛的一種。
F-180小型足球機器人足球比賽的示意圖如圖1所示，比賽雙方各有5名機器人小車在場上。足球機器人系統(tǒng)在硬件設(shè)備方面包括機器人小車、攝像裝置、計算機主機和無線發(fā)射裝置；從功能上分，它包括機器人小車、視覺、決策和無線通信四個子系統(tǒng)。
其中無線通信系統(tǒng)是銜接主機和底層機器人不可缺少的一環(huán)，它必須保證從主機端到機器人底層之間的數(shù)據(jù)傳送是可靠的，從而使得機器人比較能夠順利流暢進行。由于比賽雙方都有多個機器人同時在場地上跑動，要求無線通信有一定的抗干擾性。無線通信系統(tǒng)的性能相當程度上直接影響著機器人的場上表現(xiàn)。
1系統(tǒng)的設(shè)計及實現(xiàn)
比賽中從攝像頭來的視頻信號經(jīng)過計算機處理之后得到控制小車用的數(shù)據(jù)信息，而無線通信系統(tǒng)的就是將這些數(shù)據(jù)信息及時準確地送達場上的每一個機器人小車，系統(tǒng)采用廣播方式，各機器人根據(jù)特定標志識別發(fā)給自己的有用數(shù)據(jù)，從而進行決策與行動。整個系統(tǒng)的框圖如圖2所示。
1.1發(fā)送端的硬件設(shè)計
發(fā)送端主要用PIC16F877單片機實現(xiàn)編碼和對發(fā)射機的控制，計算機通過串行口發(fā)送數(shù)據(jù)，經(jīng)過PIC16F877編碼后再通過PTR3000無線通信模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
所采用的PIC16F877單處機是MICROCHIP公司推出的8位單片機。采用RISC指令系統(tǒng)和哈佛總線結(jié)構(gòu)，最高運行的時鐘頻率可達20MHz，因而指令運行速度快。它有很寬的工作電壓范圍，可直接與3.3V的PTR3000無線通信模塊配合使用。
TR3000無線數(shù)據(jù)收發(fā)模塊是一種半雙工收發(fā)器，采用NORDIC公司的nrf903無線收發(fā)芯片，工作頻率采用國際通用的數(shù)傳頻段ISM，頻段915MHz，工作頻率可以在902MHz～928MHz可變。采用GMSK調(diào)制，抗干擾能力強，特別適合工業(yè)控制。靈敏度高，達到-100dBm，最大發(fā)射功率+10dBm，工作電壓為2.7V～3.3V。它最多有169個頻道，可滿足需要多頻道的場合，最高數(shù)據(jù)速率可達76.8kbps。因而完全可以滿足小型組機器人通信的數(shù)傳速率與距離的需要。
本系統(tǒng)中PIC16F877就是采用20MHz的時鐘信號，能夠滿足即時收發(fā)數(shù)據(jù)以及編碼的需要。整個系統(tǒng)中包含兩種電源，無線通信模塊的電源為3.3V，而MAX232又需要+5電源。信號線的連接也要考慮兩種電平的匹配問題，在必要的地方要加上電平轉(zhuǎn)換電路。
首先單片機要接收來自計算機端的數(shù)據(jù)，計算機串口輸出的信號經(jīng)過MAX232由232電平轉(zhuǎn)換為TTL電平。但是由于單片機采用3.3V電平，因而MAX232輸出的信號需經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換才能輸入單片機，電平轉(zhuǎn)換可以采用TI公司提供的典型電平匹配電路（見圖3），也可采用74LVCXX系列邏輯門來轉(zhuǎn)換。
由于PIC16F877只有一個異步串行口，因而要通過16C550通用同步異步收發(fā)器（USART）芯片來擴展一個異步串行口。這樣就可以保證從計算機串口輸出的數(shù)據(jù)與無線通信的數(shù)據(jù)速率不同，從而使原始數(shù)據(jù)經(jīng)過通信編碼及打包數(shù)據(jù)量增加之后也能及時傳送，并且在必要時也能將接收數(shù)據(jù)送回計算機端，實現(xiàn)半雙工通道。系統(tǒng)的電路圖如圖4。從圖4可以看出PIC單片機采用并口對16C550進行初始化配置。由于16C550共有10個寄存器，且占用了8個地址，因而PIC單片機用RA0、RA1、RA2三個通用I/O口做地址線選擇16C550的各個寄存器。單片機可以不斷通過RB1、RB2引腳檢測TXRDY、RXRDY信號獲知ST16C550是否接收到數(shù)據(jù)，還是已經(jīng)發(fā)送了數(shù)據(jù)。還可以通過把16C550設(shè)置成中斷方式使每接收到一個字節(jié)數(shù)據(jù)便產(chǎn)生一次中斷使INT信號有效，單片機進入中斷處理程序，從而使單片機的執(zhí)行效率更高。
單片機通過自帶的異步串行口輸出數(shù)據(jù)到PTR3000通信模塊。由于nrf903芯片接收和發(fā)送數(shù)據(jù)共用一個引腳，因而需要其他電路來解復(fù)用。最簡單的方法就是在單片機的TX引腳先接一個10kΩ的隔離電阻，再與RX和PTR3000的DATA引腳相連。但是這種方法有兩個缺點，它會造成發(fā)送的數(shù)據(jù)串入到單片機的接收引腳中，另外發(fā)送信號的驅(qū)動能力受到了極大的限制。因此，本系統(tǒng)采用了74HC244三態(tài)緩沖器作為隔離（見圖4中虛線框內(nèi)所示），并且通過單片機的RB4控制收發(fā)狀態(tài)，因而在半雙工方式下發(fā)送信號與接收信號可以互不干擾地傳送。
對于通信模塊工作狀態(tài)的控制主要包含表1所列的這幾個信號，通過單片機的普通I/O口即可控制。
表1PTR3000工作工作模式配置表
PTR3000工作模式STBYPWR-DWNTXENCS
正常工作:接收0000
正常工作:發(fā)射0010
掉電模式01XX
待機模式10XX
1.2發(fā)送端的軟件設(shè)計
當系統(tǒng)復(fù)位時，單片機首先要對PTR3000無線通信模塊和16C550的寄存器進行編程初始化。PTR3000的初始化編程是通過同步串行信號進行的，總共有三個信號CFG_CLK、CS和CFG_DATA，分別連接到單片機RC3、RB7、RC5引腳。PIC16F877單片機本身就有同步串行口功能模塊，但是由于PTR3000的同步串行數(shù)據(jù)位為14位，并非整數(shù)字節(jié)，而且14位數(shù)據(jù)必須一次初始化完成，因此實際通過普通的I/O口編程來實現(xiàn)這14位的同步串行信號更方便一些。在整個初始化期間CS信號必須一直為高電平。這14位初始化字的定義見表2。在初始化同步串行信號輸出時最高有效位在先。在對PTR3000編程前先其狀態(tài)為接收狀態(tài)以免在其他頻率造成無線干擾，編程完成后就可以將狀態(tài)改為發(fā)射狀態(tài)了。
表2PTR3000初始化控制字各位定義
Bit參數(shù)名稱符號參數(shù)
位數(shù)
0～1頻段FB必須為了10(表示為選擇頻段915±13MHz)2
2～9頻點CHf=902.1696+CH·0.1536(MHz)
10～11輸出功率POUT發(fā)射功率≈-8dBm+6dBm·POUT2
12～13時鐘分頻輸出Fup"00"=>Fup=fxtal
"01"=>Fup=fxtal/2
"10"=>Fup=fxtal/4
"11"=>Fup=fxtal/82
接下來對16C550的初始化設(shè)置。由于PIC16F877自身的并行口對16C550進行初始化編程設(shè)置各個寄存器，需要注意的只是在輸出每一個字節(jié)之前先要通過RA0～RA2輸出相應(yīng)字節(jié)的地址信號。在初始化設(shè)置時將16C550的波特率設(shè)置低于76.8kbps，以保證接收的數(shù)據(jù)能夠通過PTR3000即時發(fā)送。
1.3接收端的硬件設(shè)計
接收端裝在每個機器人小車上，由于機器人小車的控制采用DSP控制器TMS320LF2407，因而在接收端PTR3000無線通信模塊就采用TMS320LF2407來控制。通過PTR3000接收的數(shù)據(jù)直接輸入DSP，由DSP進行解碼，從而做出決策和發(fā)出控制信號。因而無線通信系統(tǒng)的接收端電路相對發(fā)送端要簡單得多，只需用TMS320LF2407代替發(fā)送電路中的單片機與PTR3000模塊相連接即可。PTR3000的初始化編程也就由2407的普通I/O口來實現(xiàn)，只不過在初始化編程之后依舊保持PTR3000處在接收狀態(tài)。
2協(xié)議的設(shè)計
2.1物理層的編碼設(shè)計
物理層的編碼設(shè)計要根據(jù)所采用的物理器件和物理信道的特性來決定。本系統(tǒng)采用PTR3000無線通信模塊在接收模塊中為了獲得0直流電平就需要在所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中邏輯“0”和邏輯“1”的數(shù)量相等。只有滿足上述條件接收部分才會獲得很高的接收正確率。長時間空閑也會導(dǎo)致接收部分的0直流電平漂移，因為長時間的空閑實際上一直發(fā)送的是邏輯“1”。
由于PTR3000的這些特性，很自然就想到采用曼徹斯特編碼（Manchester）（也稱為數(shù)字雙向碼（DigitalBiphase）或分相碼（Biphase,Split-phase）。它采用一個周期的方波表示“1”，而且它的反向波形表示“0”。由于方波的正負周期各占一半，因而信號中不存在直流分量。在異步串行通信中有一個起始位“0”，因此將停止位“1”長度也設(shè)為一位，這樣在一個字節(jié)共10位信號中也就不存在直流分量了。只是加了曼徹斯特編碼之后原來一個字節(jié)的數(shù)據(jù)現(xiàn)在要兩個字節(jié)才能傳送。
圖4
有一些數(shù)字節(jié)，不會在進行曼徹斯特編碼之后的數(shù)據(jù)串口出現(xiàn)，但是在一個字節(jié)中也具有0直流分量的特性，也有很高的接收正確率。這類數(shù)據(jù)字節(jié)如：0xF0、0x0F、0xCC、0x33等。從碼型看來其中0xF0碼型定時性能是最好的（其碼型見圖5），它很容易使異步接收器達到同步并且不會發(fā)生錯誤。由于0xF0的這種特性就可以用它做同步碼元，在空閑的時間內(nèi)通信系統(tǒng)就通過一直發(fā)送同步碼元，使接收端保持同步，而且也可以保持接收模塊的0直流電平狀態(tài)。
2.2糾錯編碼設(shè)計
為了在有一定外界干擾的情況下，保證主要與機器人之間的無線通信依然穩(wěn)定可靠，必須采取一定的抗干擾措施，這可以采用糾錯編碼來實現(xiàn)?？梢赃x擇糾錯編碼方案有（14，8）分組碼、（7，4）分組碼和循環(huán)碼，需要使用兩字節(jié)的長度發(fā)送一字節(jié)的有效信息；（5，2）分組碼和循環(huán)碼，交錯碼、（21，8）分組碼和縮短循環(huán)碼、（21，9）BCH碼、（21，12）BCH碼，需要使用三字節(jié)的長度發(fā)送一字節(jié)的有效信息。
系統(tǒng)中使用了（7，4）分組碼，并在實際中取得了較好的效果。它的構(gòu)成方式如下：
假定不做任何處理的原碼格式為：
其高四位的監(jiān)督碼為：
A2A1A0
其低四位的監(jiān)督碼為：
B2B1B0
則編碼后成為兩個byte長度：
1X7X6X5X4A2A1A0
0X3X2X1X0B2B1B0
其中每個字節(jié)的最高位作為標志位，用于表示高四位和低四位，高四位用“1”做標志，低四位用“0”做標志。接收端通過檢測標志進行重組和解碼。對于譯碼基本方法有維特比譯碼和使用監(jiān)督矩陣譯碼，可根據(jù)具體的編碼方案靈活選用。
2.3幀格式設(shè)計
一般數(shù)據(jù)幀包括幀頭、機器人標識、數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)校驗、保留字節(jié)等內(nèi)容，通常按照下面的格式排列：
幀頭機器人標識數(shù)據(jù)保留字數(shù)據(jù)校驗
通信協(xié)議應(yīng)該和體系沒有關(guān)聯(lián)。但是需要在一個操控系統(tǒng)上運作協(xié)議棧，那么就需要提供一些體系有關(guān)的支持，把協(xié)議棧集中在操控系統(tǒng)之中。所以我們?nèi)〕鱿祼阂廛浖捏w系有關(guān)部分，當朝著不同操控體系移植時，只需要修正這些體系有關(guān)部分代碼就可以了。體系有關(guān)部分涵括進程進度以及同步模塊、定時器模塊，和一些運作庫。協(xié)議棧是運用ANSIC編組的，采用標準C運作庫。協(xié)議棧的用戶端口和系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的。如果需要將協(xié)議棧植入到一個全新的操控系統(tǒng)上，需要檢索全部的體系有關(guān)部分，把這些體系有關(guān)的函數(shù)重新改寫并且鏈接到不同的運作庫。從代碼數(shù)量來看，體系相關(guān)部分占據(jù)全部協(xié)議模塊代碼數(shù)量的百分之五左右。
1.2一種短距離無線通訊全新技術(shù)
近距離無線通訊協(xié)議目的就是每一種信息設(shè)施可以完成無縫資源共同享用。不管是手機、電腦計算機、PDA、打印機，亦或是數(shù)碼相機、MP3播放器都可以相互傳送語音消息、文字記錄、圖像、文件消息等等。所以在實現(xiàn)協(xié)議棧時，應(yīng)該和不同的操控體系以及通信協(xié)議具有良好的接口端。但是現(xiàn)在很多協(xié)議在這方面的建設(shè)和實現(xiàn)具備一定的缺點和不足之處，致使體系不能完成跨平臺通訊，唯獨同種產(chǎn)品之間的通訊。一種全新的短距離無線通訊技術(shù)是BT技術(shù)，它在很多方面都具備很大的優(yōu)勢，采用全向天線；更加容易地發(fā)現(xiàn)設(shè)施；支持終端的遷移性能；視距對信號傳遞沒有影響；全雙工的運作形式，適宜開展話音業(yè)務(wù)；支持點到多點的連接形式，容易組成小型局域網(wǎng)絡(luò)；并且可以經(jīng)過無線局域網(wǎng)和特網(wǎng)連接，完成多媒體信息的無線傳遞。
1.3總體設(shè)計方案
用BT協(xié)議作為背景，提供無線通訊協(xié)議體系設(shè)計以及實現(xiàn)新型機制。我們建設(shè)的協(xié)議棧是對主機協(xié)議棧的整體實現(xiàn)，讓它涵括了主機協(xié)議棧的全部系惡意，二元電話操控協(xié)議簡稱為TCS、服務(wù)發(fā)現(xiàn)協(xié)議簡稱為SDP以及主機操控端口簡稱為HCI等等。全部的協(xié)議棧是由四個部分組成的。
（1）體系模塊。每個協(xié)議在開啟時需要朝著BT體系模塊注冊。BT體系模塊維持了BT主機協(xié)議的FSM案例表。一個BT主機協(xié)議棧可以采用這些小洗衣機其余的BT主機協(xié)議棧實行通訊。這個模塊在每個平臺上不一樣的，因為并不是全部的體系都需要全部的協(xié)議模塊。
（2）通用函數(shù)庫模塊。涵括了為各種協(xié)議模塊維持FSM所需求的通用代碼，像定時器的治理、進程之間的通訊等等。它還涵括了平臺有關(guān)的代碼。如果來自不一樣的BT主機協(xié)議的FSM案例對于公共資源的需求，這個模塊會負責(zé)為這些需求實行調(diào)度。
（3）協(xié)議棧的每個協(xié)議模塊。全部協(xié)議模塊都是采用ANSIC編組的，可以不需要改動就可以在每個平臺上進行遷移。每一個BT主機協(xié)議被實現(xiàn)作為一個FSM。當協(xié)議進行初始化的時候，它會為相對應(yīng)的FSM生成一個跳轉(zhuǎn)矩陣，該FSM是由狀態(tài)和事件牽引的。跳轉(zhuǎn)矩陣的各項顯示對一個指定形態(tài)下的指定事件的治理函數(shù)。在協(xié)議進行初始化期間，F(xiàn)SM會被形成開始形態(tài)。
二、體系無關(guān)的實現(xiàn)形式
在協(xié)議進行初始化時，會為相對應(yīng)的FSM產(chǎn)生一個跳轉(zhuǎn)矩陣，這個FSM是有形態(tài)以及事件牽引的。在協(xié)議進行初始化期間，F(xiàn)SM會被調(diào)制成初始形態(tài)。當協(xié)議的FSM收取到一個事件，它首要檢索任務(wù)就是FSM現(xiàn)在是否正在治理事件。如果FSM繁忙，那么把這個時間植入到事件隊列之中等待治理，否則的話，F(xiàn)SM就會立馬進行治理。
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。
PHS技術(shù)就是常說的礦井小靈通，是現(xiàn)代社會礦井無線通訊的主要設(shè)備之一。礦井小靈通綜合使用了大量硬件技術(shù)，如FPGA和DSP等，該技術(shù)的軟件開發(fā)以模塊化為標準，其控制體系以逐級分布為主；系統(tǒng)的配置靈活性較高，用戶可以隨機調(diào)換系統(tǒng)的業(yè)務(wù)功能和系統(tǒng)容量；該系統(tǒng)還能夠統(tǒng)一指揮和調(diào)度礦區(qū)內(nèi)固定和移動的用戶，實現(xiàn)公眾通信移動網(wǎng)絡(luò)和礦區(qū)通信移動網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)合發(fā)展。
2、SCDMA技術(shù)
SCDMA技術(shù)是常說的礦井大靈通，在礦井開采過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。SCDMA技術(shù)不符合國際電信聯(lián)盟標準，在實際開采過程中的應(yīng)用范圍較小。主要原因是該技術(shù)仍存在著覆蓋方式以泄露電纜為主和限制手機定位等缺陷。
3、礦井無線數(shù)字對講
該技術(shù)在礦井開采中應(yīng)用范圍十分廣泛，相關(guān)的配套設(shè)施和產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)非常完善，具有可靠、實用和經(jīng)濟實惠等特點。但是，在實際應(yīng)用過程中該技術(shù)仍很難實現(xiàn)一部手機全雙工的保密通信要求；難以完成電信公網(wǎng)和企業(yè)原有的固話交換之間的相互連通；并存在業(yè)務(wù)信道較少以及覆蓋面狹窄等缺陷。
4、礦井無線局域網(wǎng)
礦井無線局域網(wǎng)屬于短距離無線寬帶數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，是非移動無線寬帶數(shù)據(jù)通信產(chǎn)品的典型代表，該技術(shù)與其其他通信技術(shù)相比最大的區(qū)別在于它不支持語音業(yè)務(wù)和移動數(shù)據(jù)傳輸，在無線網(wǎng)片和無線網(wǎng)橋領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛。
二、煤礦企業(yè)中無線通信技術(shù)的發(fā)展趨勢
1PHS技術(shù)
據(jù)相關(guān)統(tǒng)計結(jié)果顯示：PHS技術(shù)是目前我國煤礦企業(yè)應(yīng)用頻率最高的無線通信技術(shù)，該技術(shù)在煤礦企業(yè)的發(fā)展建設(shè)過程中具有極大的技術(shù)優(yōu)勢，最典型的特點有語音通話效果好、移動切換呼通率高一級組網(wǎng)通信規(guī)范等。近幾年，伴隨著無線通信技術(shù)的深入發(fā)展，PHS技術(shù)的原有頻段將轉(zhuǎn)移到3G組網(wǎng)上。該項技術(shù)轉(zhuǎn)移的主要原因有：第一，PHS技術(shù)中必須使用的基站和手機功率相對而言較小，屬于無線微蜂窩通信體制的范疇，原有頻段轉(zhuǎn)移到3G最往后，網(wǎng)絡(luò)通信受干擾程度較??；第二，轉(zhuǎn)移到3G組網(wǎng)的原有頻率可以完成自動調(diào)整，確保在新通話收集的通信頻道不被切換；第三，原有頻段轉(zhuǎn)移到3G組網(wǎng)后，PHS和DECT系統(tǒng)可以同時實現(xiàn)與3G網(wǎng)絡(luò)的兼容發(fā)展；第四，PHS技術(shù)主要集中在礦井下，對地面3g網(wǎng)絡(luò)信號不會產(chǎn)生影響。
2Wifi無線局域網(wǎng)技術(shù)
Wifi技術(shù)系統(tǒng)在未來的發(fā)展領(lǐng)域十分廣泛，主要由于該技術(shù)在無線通信領(lǐng)域占有十分廣闊的發(fā)展空間和技術(shù)優(yōu)勢，該技術(shù)正逐步替代PHS技術(shù)在煤礦無線通信領(lǐng)域的地位。該技術(shù)的使用可以使礦井工作人員在同一個網(wǎng)絡(luò)平臺上完成無線和有限網(wǎng)絡(luò)通信，網(wǎng)絡(luò)點非常容易連接，井下或者井上都可以隨時完成無線通信。
3NGP移動通信技術(shù)
NGP無線通信技術(shù)在我國未來的發(fā)展范圍十分廣泛，主要由于該技術(shù)具有節(jié)約電纜、人員定位以及自行監(jiān)控井下作業(yè)等優(yōu)勢。NGP移動通信技術(shù)在根本上實現(xiàn)了煤礦開采過程中礦井多網(wǎng)合一無線通信的實際需求。NGP移動通信技術(shù)的新通信協(xié)議能夠?qū)崿F(xiàn)及時和精確的定位，并能上傳有效的定位信息，是現(xiàn)階段煤礦企業(yè)發(fā)展過程中最有效的移動成產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)之一。該技術(shù)在使用過程中與其他無線通信技術(shù)之間不產(chǎn)生任何沖突，在煤礦開采過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
最早的通信方式是采用狼煙、火光、閃光鏡、信號彈或者旗語等方式進行短距離的信息傳送。直到1838年這些原始的通信手段才被薩繆爾•莫爾斯的電報網(wǎng)所取代，之后被貝爾的電話取代。真正具有現(xiàn)代無線通信意義的事件是1895年馬可尼實現(xiàn)了英國懷特島與30公里以外的一條拖船之間的無線傳輸。之后隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，可以實現(xiàn)更好通信質(zhì)量、更高功效的信息傳輸，例如無線通信、無線電視、無線網(wǎng)絡(luò)等等。通信工程屬于是電子工程的一個分支。主要用于處理信息傳輸過程中對信號產(chǎn)生、傳輸和處理的問題。主要應(yīng)用于計算機通信、衛(wèi)星導(dǎo)航、數(shù)字信息傳輸、光纖通信、個人通信以及多媒體技術(shù)和數(shù)控應(yīng)用等方面。無線通信工程是信息科學(xué)發(fā)展的一項重要的體現(xiàn)。不斷應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)上，而且還體現(xiàn)在商業(yè)、工業(yè)、軍事以及人們的日常交流當中。無線通信技術(shù)的推廣和應(yīng)用，為人們傳遞和獲得信息帶來了極大的便利。隨著我國對通信工程不斷進行投入和開發(fā)，其未來的發(fā)展前景將會非常的廣闊。
1.2無線通信技術(shù)
無線電通信是指利用（電磁波）的輻射和傳播，經(jīng)過空間傳送信息的通信方式。目前主要利用的無線通信技術(shù)有：2G（包括GSM、CDMA）、3G（包括wcdma、cdma-2000、TD-SCDMA）、4G(LTE-A)、WiMax、UWB、RFID以及WiFi。UWB和RFID主要用于短距離的無線通信。無線移動通信技術(shù)主要經(jīng)歷了4個發(fā)展時期。第一個發(fā)展時期。最早的移動通信電話采用模擬蜂窩通信技術(shù)和FDMA技術(shù)。由于受到傳輸能力的限制，不能用于長途漫游，只能作為一種區(qū)域性通信手段。第二個發(fā)展時期。這一時期，信息技術(shù)得到了極大的發(fā)展，因此移動通信采用了GSM和GPRS通信技術(shù)。由此，正式步入了數(shù)字化時代。在這一時期，為了增強數(shù)據(jù)傳輸效率，通信運營商開發(fā)出了EDGE技術(shù)，也就是人們常說的2.5G技術(shù)。第三個發(fā)展時期。這一時期主要的技術(shù)為3G技術(shù)。3G技術(shù)有不同的技術(shù)標準。分別為：WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及WiMax。目前各項標準都開發(fā)的比較成熟，使用范圍也在不斷的擴大。第四個發(fā)展時期。4G技術(shù)的廣泛應(yīng)用。4G能夠滿足更高的傳輸要求，通信速度更快、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬，通信方式更為靈活，同時實現(xiàn)終端設(shè)備的智能化。2013年12月4日國家工信部正式向中國移動、中國電信和中國聯(lián)通三大運營商4G牌照，標志著我國正式步入4G時代。
1.3無線通信工程的特點
1.工程位置不固定。
無線通信工程要確保通信信號的質(zhì)量和傳輸效率，就要保證工程的通信容量和覆蓋面積。由于工程的區(qū)域通常比較分散，因此工程位置不固定。在一些人口密集的地區(qū)，通過設(shè)置加大容量的基站，保證通信的質(zhì)量和效率。在偏遠的地區(qū)設(shè)置基站，確保交通不便利的地區(qū)位于信號的覆蓋范圍之內(nèi)。
2.工程干擾因素較多。
在進行基站建設(shè)時，常常會遇到周圍居民因擔心輻射而阻撓基站建設(shè)，同時在較遠地區(qū)搭建信號塔和擺放通信設(shè)備時，還可以能要租用民宅，由于部分房屋的圖紙很難尋找，往往對設(shè)備的安裝造成影響。
3.運輸線路較長。
通信工程主要利用傳輸光纜進行信息傳輸。因此在鋪設(shè)時不但光纜的長度很長而且光纜間的間距小，在不同的地區(qū)或者地段的工作量相當之大。
二、無線通信工程發(fā)展現(xiàn)狀和4G技術(shù)的介紹
2.1無線通信工程的發(fā)展狀況
1.無線通信包含了無線通信設(shè)備的制造開發(fā)以及通信的服務(wù)行業(yè)兩個大的部分。
一般來說，無線通信的服務(wù)行業(yè)主要是通過無線網(wǎng)絡(luò)的通信技術(shù)運營實現(xiàn)的。
2.通信工程最重要的部分為通信制造。
目前我國主要普及的是3G技術(shù)，正在推廣4G技術(shù)。3G技術(shù)為通信行業(yè)的發(fā)展帶來了更廣闊的市場和發(fā)展前景。目前，通信制造業(yè)不斷進行改造和完善，出現(xiàn)了很多先進的通信產(chǎn)品。目前2013年全國3G用戶高達9萬余戶。
3.通信工程的發(fā)展過程中最重要的支柱之一就是電信行業(yè)的發(fā)展。
我國電信行業(yè)近幾年迅速發(fā)展主要是依靠3G時代的發(fā)展，因此我國要為能夠更好地促進3G時代的發(fā)展做更多的努力，從而達到普及擴大通信工程的目的。但是就目前而言，我國很多企業(yè)在發(fā)展的過程中，還是存在一些技術(shù)或者資金相對不足的現(xiàn)象。
2.24G技術(shù)的介紹
4G移動系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為三層：物理網(wǎng)絡(luò)層、中間環(huán)境層、應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層。物理網(wǎng)絡(luò)層提供接入和路由選擇功能，它們由無線和核心網(wǎng)的結(jié)合格式完成。中間環(huán)境層的功能有QoS映射、地址變換和完全性管理等。物理網(wǎng)絡(luò)層與中間環(huán)境層及其應(yīng)用環(huán)境之間的接口是開放的，它使發(fā)展和提供新的應(yīng)用及服務(wù)變得更為容易，提供無縫高數(shù)據(jù)率的無線服務(wù)，并運行于多個頻帶。
1.OFDM技術(shù)
在3G向4G轉(zhuǎn)變的過程中，OFDM是關(guān)鍵的技術(shù)之一。它包含了V-OFDM，W-OFDM，F(xiàn)-OFDM，MIMO-OFDM，以及多帶-OFDM這些類型。OFDM是多載波調(diào)制的一種，它的各種載波是相互正交的，將高速數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成并行的低速子數(shù)據(jù)流，然后進行子信道傳輸。由于子信道可以看成平坦性衰落，所以就消除了信道間的干擾。OFDM對脈沖噪音以及信道快衰落有很強的抵抗力。
2.SDR軟件無線電技術(shù)
由于4G系統(tǒng)中的軟件系統(tǒng)比較復(fù)雜，因此將SDR引入到4G移動通信系統(tǒng)之中。SDR能夠減低系統(tǒng)開發(fā)的風(fēng)險，減少硅芯片的容量，從而降低產(chǎn)品的開發(fā)成本和生產(chǎn)成本。SDR是以現(xiàn)代通信為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，實現(xiàn)把無線和通信功能編譯為多信號進行傳輸，滿足用戶在不同地點對接入網(wǎng)絡(luò)的需求。
3.SA智能天線技術(shù)
SA采用天線的原理進行無線信息傳輸。主要是利用信號傳播方向的差異，講同頻率、同時隙的信號加以區(qū)分，能夠最大限度的利用有限的頻譜。智能天線技術(shù)可以成倍的擴充通信容量，可以有效解決大量用戶產(chǎn)生時延擴散、瑞利衰落、多徑、共信道干擾等影響。
4.MIMO技術(shù)
無線電傳輸信號時，每個信號都是一個空間流，使用單輸入輸出的系統(tǒng)只能收發(fā)一個空間流，而MIMO允許多個天線同時收發(fā)多個空間流。因此MIMO有時被稱作空間多樣。只有站點（移動設(shè)備）或接入點（AP）支持MIMO時才能部署MIMO。目前它在3G通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，同時也是4G的關(guān)鍵技術(shù)。
5.載波聚合技術(shù)
LTE-A通過“載波聚合”（SpectrumAggregation）的方式進行帶寬增強，即把幾個基于20MHz的LTE設(shè)計捆綁在一起，通過提高可用帶寬，LTE-A將帶寬擴展到100M。但是實際上很可能沒有一整塊的空閑帶寬，所以LTE-A允許離散頻帶的聚合。在具體應(yīng)用中還面臨很多問題，如載波聚合時多個可選載波是否需要劃分可用集合和各種集合的等級劃分；在切換中載波變化的通信問題；載波變化時的信令傳輸問題；各個載波的激活和去激活過程。這些問題都在3GPP會議中提出并存在多種方案。
6.無線中繼技術(shù)
LTE-A系統(tǒng)容量要求很高，這樣的容量需要較高的頻段。為了滿足下一代移動通信系統(tǒng)的高速率傳輸?shù)囊?，LTE-A技術(shù)引入了無線中繼技術(shù)。用戶終端可以通過中間接入點中繼接入網(wǎng)絡(luò)來獲得帶寬服務(wù)。減小無線鏈路的空間損耗，增大信噪比，進而提高邊緣用戶信道容量。無線中繼技術(shù)包括Repeaters和Relay。
1.1區(qū)分多重區(qū)段
線路架設(shè)固有的距離、電磁波固有的波長，會表征著不同比值。依循擬定好的這些比值，可把選出來的區(qū)域電場，分出四種區(qū)段。具體而言，若預(yù)設(shè)的通信距離偏近，或擬定好的頻次偏低，那么這一區(qū)段被設(shè)定成準靜區(qū)。伴隨距離拓展，細分出來的這些區(qū)段，依次設(shè)定成近區(qū)、中部架構(gòu)下的中間區(qū)、偏遠的區(qū)段。測量得來的頻率范圍，關(guān)涉著對應(yīng)情形下的波長。例如：頻率被擬定成10k赫茲這一數(shù)值以內(nèi)，那么波長表征的數(shù)值，就被限縮在30千米；依循這一遞增規(guī)律，可以推測得來幅值特有的衰減常數(shù)。由此可得，在偏低頻次特有的區(qū)段內(nèi)，如上的比值會滿足特有的準靜區(qū)；若擬定好的通信距離，沒能超出2千米，那么給出來的通信范圍，就被劃歸為近區(qū)。
1.2明晰運算流程
準靜區(qū)特有的區(qū)段之中，應(yīng)當經(jīng)由審慎的運算，計算出擬定好的場，同時辨識場的特性。若給出來的頻率既定，且通信距離特有的間隔偏近，那么體系架構(gòu)以內(nèi)的架設(shè)天線，就被看成近似態(tài)勢下的恒流偶極子。場強及關(guān)聯(lián)著的電流矩，會凸顯出正比的關(guān)聯(lián)；然而，場強與運算得來的電導(dǎo)率、場地固有的水平距離，卻帶有反比的關(guān)聯(lián)。若擬定好的頻率升高，則原初的這種距離，就會快速縮減。如上的運算中，沒能考量偶極子特有的埋設(shè)深度。真實態(tài)勢下，水平方位的這種偶極子，會被安設(shè)于特有高度的通信線路之內(nèi)。真正去計算時，還應(yīng)在擬定好的公式之中，添加衰減因子。
1.3埋地范疇內(nèi)的偶極子
甚低頻架構(gòu)下的無線通信，擬定好的電場，會跨越這一范疇中的準靜區(qū)、關(guān)聯(lián)著的近區(qū)。接納過來的信號，主要依憑運輸特性的天線。為獲取各個層級內(nèi)的場強數(shù)量級，有必要明晰多重參數(shù)的更替規(guī)律。接收點區(qū)段之中的原有場強，會隨同變更著的參數(shù)，而不斷更替。例如：發(fā)射天線預(yù)設(shè)的埋設(shè)深度，被擬定成300米；擬定好的這種長度，表征著水平方位的電偶極子。運算得來的電流矩，會達到100A每米。天線固有的上側(cè)區(qū)段，覆蓋著等效特性的電導(dǎo)層。這一層級固有的電導(dǎo)率，被測定成每米0.018S。由此可推知，劃分好的通信范疇，應(yīng)被涵蓋在準靜區(qū)。把如上的條件，帶入給出來的公式，就能明晰接收點關(guān)涉的電場；還能明辨電場隨同頻率而更替這樣的規(guī)律。若選出了既定的一點，則可以明辨通信距離特有的彼此關(guān)聯(lián)。
2應(yīng)注重的事宜
依循地層固有的多樣磁性，可以辨識這一層級以內(nèi)的磁導(dǎo)率。除了帶有鐵磁特性的這種物質(zhì)，其他范疇之中的關(guān)聯(lián)物質(zhì)，都很近似擬定好的真空狀態(tài)。預(yù)設(shè)的介電常數(shù)，關(guān)聯(lián)著極化場這樣的頻率；介電常數(shù)特有的測定及運算，也關(guān)涉周邊范疇中的環(huán)境。干燥特性的區(qū)段環(huán)境，對于固定著的多重頻率，都會保持恒定。潮濕特性的環(huán)境，對于關(guān)聯(lián)著的聲頻，會凸顯明晰的干擾。這樣測定出來的電導(dǎo)率，會相差偏多的數(shù)量級。擬定好的這一電導(dǎo)率應(yīng)被設(shè)定為恒定。為便利接續(xù)的通信設(shè)計，依循穿透點布設(shè)著的大致方向，可以經(jīng)由運算，得來等效態(tài)勢的電導(dǎo)率。把測算得來的這種參數(shù)，簡化為慣常見到的、均質(zhì)架構(gòu)以內(nèi)的電磁波，并擬定可用的穿透模式。等效情形下的電導(dǎo)率，可被概要擬定成平均值。在如上的運算中，應(yīng)被涵蓋的關(guān)聯(lián)參數(shù)，包含總體的線路長度、線路固有的導(dǎo)體狀態(tài)。依循通信地點特有的布設(shè)狀態(tài)，得到平均態(tài)勢中的電導(dǎo)率。
二、通信軟件設(shè)計
1、通信格式。車載微機向地面通信系統(tǒng)發(fā)送請求信號主形式為ABBAIDSUMNFF、其中數(shù)據(jù)幀一共包含有6個字節(jié)，前兩個字節(jié)（ABBA）表示起始位置，第三個字（ID）表示該趟列車的車載微機的編碼號，第四字節(jié)(SUM)為通信活動中的標注字節(jié)，第五字節(jié)（N）表示在本次通信活動中從起始字節(jié)到結(jié)束字節(jié)的字節(jié)數(shù)，是為了防止在通信中信息丟失而設(shè)置的，第六字節(jié)（FF）表示通信內(nèi)容結(jié)束。無線通信技術(shù)在單片機通信系統(tǒng)中的應(yīng)用，對通信模式最大的創(chuàng)新就是實現(xiàn)了信息通信的數(shù)字化。單片機通信系統(tǒng)在我國的應(yīng)用廣泛的存在著運行中一對多的運行模式，一般大型機務(wù)段都擁有數(shù)百臺機車。因為鐵路運輸自身的特性，大量的機車回段的時間都不確定，機車在完成運輸任務(wù)返回機務(wù)段時，應(yīng)該首先與地面信息系統(tǒng)取得聯(lián)系，這種聯(lián)系由機車首先發(fā)出通信請求，在得到地面信息系統(tǒng)的回應(yīng)后，與地面信息系統(tǒng)建立通信連接并完成數(shù)據(jù)信息的轉(zhuǎn)發(fā)。當車載微機連續(xù)三次申請通信都得不到回復(fù)或者回復(fù)信息不正確的時候，車輛管理人員應(yīng)該保留該車次的數(shù)據(jù)信息，并與維護人員聯(lián)系進行車載微機的修理[3]。
2、程序流程。無線通信技術(shù)在單片機通信系統(tǒng)中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)包括有數(shù)轉(zhuǎn)電臺和車載微機系統(tǒng)，其運行流程為機車管理人員將通信鍵按下，車載微機系統(tǒng)向地面通信中心發(fā)送通信請求，車載微機系統(tǒng)在通信請求發(fā)出之后其接收系統(tǒng)就開始工作，驗證是否收到地面數(shù)據(jù)中心的應(yīng)答，如果收到應(yīng)答則進入到數(shù)據(jù)傳輸程序，如果超過三次通信請求沒有收到應(yīng)答系統(tǒng)將提示維護，同時如果一次通信請求在10分鐘之內(nèi)沒有收到應(yīng)答信息系統(tǒng)也會自動提示維護[4]。
2軟件設(shè)計
當電源上電后，程序開始初始化，各個模塊開始測量數(shù)值，單片機開始讀取各個模塊采集回來的值，并通過液晶顯示回來，比較各個模塊采集值與閥值的大小，當超過閥值時，通過GSM短信報警。其程序流程圖如圖4所示。
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?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。
隨著高科技信息技術(shù)的不斷發(fā)展，在3G向著4G轉(zhuǎn)變的過程中，無線通信系統(tǒng)正在逐漸的變得更加完善，尤其是衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展，成為通信產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的重要方向。在實踐過程中，無線通信技術(shù)在廣播電視衛(wèi)星通信中的應(yīng)用，必須注重衛(wèi)星通信的獨特性、廣泛性和高科技性等，才能在充分開展各種地面業(yè)務(wù)的同時，推動衛(wèi)星通信技術(shù)改革和創(chuàng)新，最終實現(xiàn)衛(wèi)星通信技術(shù)和無線通信業(yè)務(wù)的融合。現(xiàn)展中，4G通信技術(shù)的產(chǎn)生，使各國之間的交流和溝通變得更加頻繁，也使無線通信技術(shù)發(fā)生了歷史性的轉(zhuǎn)變，并給廣播電視衛(wèi)星通信帶來非常深遠的影響。一般情況下，衛(wèi)星通信技術(shù)主要是作為應(yīng)急通信技術(shù)在使用，可以在自然災(zāi)害發(fā)生時發(fā)揮著重要作用，因此，對無線通信系統(tǒng)的發(fā)展也有著非常重要的影響，在與地面業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合應(yīng)用的過程中，使各種信息傳輸?shù)乃俣鹊玫接行岣?，并保證了傳輸信息的高質(zhì)量、高速度、高效率和高覆蓋，從而顯示出衛(wèi)星通信技術(shù)與地面業(yè)務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)之間有著相互補充和影響的特點。
由此可見，衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面業(yè)務(wù)傳輸系統(tǒng)在空中接口中的完美融合，才能使網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)獲得不斷發(fā)展，并促進無線通信系統(tǒng)不斷發(fā)展。因此，想要更快的進入4G通信時代，就必須高度重視通信技術(shù)改革和創(chuàng)新，不斷加大投入力度，才能真正實現(xiàn)無線通信系統(tǒng)的現(xiàn)代化發(fā)展。在無線通信技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，衛(wèi)星空間段通信的某些部分與地面段通信某些部分的不是完善，在一定程度上構(gòu)建成了一個完整的、具有復(fù)雜性質(zhì)的混合體結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)代高科技技術(shù)中，用于上行鏈路的SC―FDMAR技術(shù)和用于下行鏈路的基于OFDM技術(shù)的接入方式等，都是高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中效果較好的新型多址方式，在LTE的接入方式中也得到了有效運用，從而對寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的空中接口技術(shù)有著更高的要求。
因此，在通信技術(shù)的不斷發(fā)展和端口到端口對接系統(tǒng)不斷演化的大環(huán)境下，想要不斷提高衛(wèi)星通信的市場競爭力，就必須快速適應(yīng)現(xiàn)代快速變化的通信環(huán)境，注重端口到端口的衛(wèi)星通信基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，提高其技術(shù)水平，才能真正發(fā)揮衛(wèi)星通信系統(tǒng)的綜合效用，促進我國廣播電視產(chǎn)業(yè)長遠發(fā)展。目前，衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展方向主要有如下幾個方面：一是，對不同區(qū)域的資源進行靈活配置；二是，注重直連性，以保證不同區(qū)域之間的配置可以哼哼的進行星型互聯(lián)；三是，在移動和固定兩種情況下，確保終端用戶可以擁有更好的寬帶容量；四是，在滿足地面業(yè)務(wù)多樣化需求的同時，不斷增加衛(wèi)星通信系統(tǒng)的容量；五是，在端口對端口的相關(guān)設(shè)施中，采用混合通信業(yè)務(wù)模式，以不斷提高數(shù)據(jù)觀測和定位能力；六是，注重衛(wèi)星通信的中繼功能，以確?？臻g通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路高速性、網(wǎng)絡(luò)實時性和永久性。根據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展情況可知，目前其正處于融合下一代移動網(wǎng)絡(luò)的趨勢中，在提高山區(qū)和通信不良好地區(qū)的通信能力上發(fā)揮著重要作用。與此同時，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和地面業(yè)務(wù)系統(tǒng)的相關(guān)聯(lián)結(jié)，成為地面?zhèn)鬏敇I(yè)務(wù)的重要組成部分，從而使傳統(tǒng)通信技術(shù)和衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的相互融合，成為未來通信技術(shù)發(fā)展的核心和重要方向。
綜上所述，無線通信技術(shù)給廣播電視衛(wèi)星通信帶來了非常深遠的影響，在保證地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)不斷完善的同時，提高了通信信息的傳輸質(zhì)量、有效性和速度，在推動廣播電視產(chǎn)業(yè)長遠發(fā)展上發(fā)揮著重要作用。
作者：劉昶閱 單位：國家廣電總局無線電臺管理局七八三臺
24G無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全威脅
2.1移動終端的安全威脅
①由于移動終端使用的是不同類型的操作系統(tǒng)，這些移動操作系統(tǒng)具有諸多公開漏洞，因而造成了移動終端的不安全性；
②因移動終端對于那些基于無線網(wǎng)絡(luò)的電子商務(wù)、電子郵件等應(yīng)用的支持性越來越普遍，這些無線應(yīng)用的程序漏洞、安全隱患、病毒感染渠道等加大了無線終端的安全威脅；
③伴隨病毒種類的不斷增加，傳統(tǒng)防病毒軟件體積也越來越大，而移動終端有限的計算能力、存儲能力、電池容量會逐漸無法適應(yīng)和滿足；
④因缺乏完整性、機密性、完善性的保護驗證機制和訪問控制機制，移動終端硬件平臺中的各個模塊、內(nèi)部各個通行接口極易遭到攻擊者的篡改、竊聽信息、非法訪問、信息竊取等。
2.2無線網(wǎng)絡(luò)的安全威脅
①因無線網(wǎng)絡(luò)的融合、共存特點，用戶能夠任意在不同系統(tǒng)之間漫游與切換，加大了無線網(wǎng)絡(luò)移動性管理的安全威脅；
②4G網(wǎng)絡(luò)必須與異構(gòu)非IP網(wǎng)絡(luò)相連接，且需有可靠的QoS提供，若無法滿足這些條件則會存在安全隱患；
③無線網(wǎng)絡(luò)由安全機圖14G無線通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)制、協(xié)議與體系構(gòu)成，不同的無線網(wǎng)絡(luò)具有差異性，在網(wǎng)絡(luò)融合中會有安全威脅，且無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同也易造成容錯性。
2.3無線業(yè)務(wù)的安全威脅
①隨著基于電子商務(wù)的無線應(yīng)用及增值業(yè)務(wù)的推陳出新，提出了更加高級的安全需求，但現(xiàn)有的安全機制卻難以滿足；
②因缺少完善的安全交易憑證，無線業(yè)務(wù)的利益沖突會越來越多；
③由于一次無線移動業(yè)務(wù)中會涉及多個網(wǎng)絡(luò)運營商、業(yè)務(wù)提供商的服務(wù)，利益爭端更為復(fù)雜，業(yè)務(wù)安全威脅更高。
34G無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護措施
3.1移動終端的安全防護措施
①在物理硬件的安全防護方面，為削弱物理接口的被攻擊性，需要提升集成度，增加電流與電壓檢測電路，提高啟動、檢驗與存儲等方面的完善性；②在操作系統(tǒng)方面，需選用可靠性強的操作系統(tǒng)，并加固操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)能夠滿足混合式訪問控制、遠程驗證、域隔離控制等的安全操作。
3.2無線接入網(wǎng)的安全防護措施
①高可靠性載體是移動終端與無線接入網(wǎng)建立連接的第一道關(guān)卡，以數(shù)字證書等載體構(gòu)建雙向身份認證機制；
②采用相關(guān)技術(shù)措施（如物理地址過濾、端口訪問控制等）設(shè)置無線接入網(wǎng)的細粒度訪問控制策略；
③為防止非可信移動終端接入無線接入網(wǎng)絡(luò)，需運用無線接入網(wǎng)自身安全策略來實現(xiàn)可信移動終端的安全接入功能，或是借助相關(guān)輔助安全設(shè)備來實現(xiàn)安全接入；
④根據(jù)業(yè)務(wù)需求，移動終端在與無線接入網(wǎng)進行傳輸過程中需建設(shè)加密傳輸通道，以自主設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸方式來實現(xiàn)安全傳輸，或是開設(shè)專用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)物理、邏輯隔離；
⑤滿足無線接入網(wǎng)的安全數(shù)據(jù)過濾功能，發(fā)揮該功能對無線接入網(wǎng)資源在內(nèi)部系統(tǒng)或核心網(wǎng)中的安全性，防止非法數(shù)據(jù)的侵入；
⑥為針對性、有效性分析和記錄移動終端的行為規(guī)律、異常操作，以保障無線接入網(wǎng)的可靠性與高效性，需要結(jié)合移動終端的訪問行為、無線接入設(shè)備的運作情況來構(gòu)建統(tǒng)一的監(jiān)控和審計系統(tǒng)。
