時(shí)間：2023-05-29 18:21:20
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇無線通信系統(tǒng)，希望這些內(nèi)容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進(jìn)步。
【關(guān)鍵詞】無線 通信 網(wǎng)絡(luò)
對于無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來說，無論是硬件設(shè)備，還是軟件技術(shù)都能夠?qū)ζ淇傮w的規(guī)劃產(chǎn)生很大的影響。我們需要從多個(gè)角度出發(fā)，這樣才能保證無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的有效實(shí)現(xiàn)。有些地區(qū)在進(jìn)行無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作的過程中，由于單純的攻破了某一個(gè)環(huán)節(jié)的難題，導(dǎo)致在其他環(huán)節(jié)出現(xiàn)了一定的問題，由此可見，要想實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，需要將每一個(gè)因素都考慮到，無論是理論還是實(shí)踐工作，都必須融入到無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃之中。本文就無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃得實(shí)現(xiàn)進(jìn)行一定的思考。
1 GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
在實(shí)際的應(yīng)用過程中，對于無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃來說，GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一個(gè)非常重要的方面，工作人員和科研人員在這個(gè)方面投入了大量的時(shí)間和經(jīng)歷。從客觀的角度來說，GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)比較適應(yīng)現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展，而且比較符合大眾的需求。GSM系統(tǒng)由網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)NSS、基站子系統(tǒng)BSS、操作維護(hù)子系統(tǒng)OSS、移動(dòng)臺等組成，NSS與外部公用網(wǎng)互聯(lián)，完成通信功能。由此可見，在無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃當(dāng)中，GSM網(wǎng)絡(luò)能夠較為全面的滿足眾多群體的要求，而且有效的進(jìn)行GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和實(shí)踐工作，會(huì)對整體的無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃產(chǎn)生較大的積極影響。
2 話務(wù)模型
在實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的過程中，話務(wù)模型是一個(gè)非常重要的方面。對于現(xiàn)階段的社會(huì)發(fā)展來說，眾多的客戶群體對話務(wù)模型有著不同的需求，為了充分的滿足客戶的要求，同時(shí)又要能夠促進(jìn)社會(huì)的穩(wěn)定發(fā)展，我們必須在設(shè)計(jì)出一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的話務(wù)模型，這樣才能在不同的地區(qū)，根據(jù)不同的話務(wù)模型進(jìn)行一定的改良，從而獲得較大的發(fā)展。從現(xiàn)有的情況來分析，話務(wù)模型基本上需要依據(jù)建筑物密度和話務(wù)評估來建立，它是進(jìn)行數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。它包含基本參數(shù)、話務(wù)流量比例、呼叫比例、服務(wù)等級（呼損率GOS）4個(gè)部分，按照這四個(gè)部分建立起來的話務(wù)模型，對無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃具有較大的積極影響，在實(shí)現(xiàn)的過程中，達(dá)到了一個(gè)較為理想的效果。
3 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)
在無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)過程中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)是一個(gè)核心的環(huán)節(jié)，對無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)具有決定性的影響。如果能夠在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)方面獲得一定的突破，將會(huì)讓無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)更加順暢。
3.1 MSC至各局向的中繼線路設(shè)計(jì)
對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)規(guī)劃設(shè)計(jì)而言，首要進(jìn)行的工作就是MSC至各局向的中繼線路設(shè)計(jì)，這個(gè)環(huán)節(jié)的工作隊(duì)無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)來說，是非常重要的。我國在這方面投入了大量的人力、物力、財(cái)力，終于取得了一定的成果，MSC至PSTN（本地）的話務(wù)量=MSC的總話務(wù)量×（移動(dòng)用戶呼叫固定用戶的比例+固定用戶呼叫移動(dòng)用戶的比例）×本地呼叫占總呼叫的比例。根據(jù)話務(wù)量、呼損率查愛爾蘭B表后可得到MSC至PSTN（本地）的中繼話音信道數(shù)，因一個(gè)E1可提供30個(gè)話音信道，所以話音信道數(shù)除以30就可得到數(shù)字中繼線路E1數(shù)X1。之后就可以根據(jù)一樣的原理，計(jì)算出X2至X5，從而達(dá)到理想的效果。對于MSC至各局向的中繼線路設(shè)計(jì)而言，比較重要的一點(diǎn)就是要根據(jù)不同的要求來進(jìn)行不同的計(jì)算，很多的工作人員和科研人員在計(jì)算的過程中，由于的單純的從技術(shù)角度或者計(jì)算的角度出發(fā)，雖然結(jié)果比較精確，但并不符合無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)要求，因此在未來的工作中，我們必須要將實(shí)際的情況有效的結(jié)合到計(jì)算之中，這樣才能對整體的工作產(chǎn)生較大的積極影響。
3.2 MSC至各局向的信令鏈路設(shè)計(jì)
（1）MSC至PSTN，MSC，PLMN之間信令路的設(shè)計(jì)。MSC之間的信令鏈路除少量越局切換功能外，主要完成電話呼叫的建立、監(jiān)視和釋放等電話接續(xù)功能，每次呼叫所需消息單元數(shù)量平均為M1個(gè)，消息信令單元的平均長度為，L1字節(jié)，信令鏈路傳輸速率為64 K bit/s。對于MSC至各局向的信令鏈路設(shè)計(jì)來說，需要對每一個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行精確地計(jì)算，比方說信令鏈路傳輸速度，每個(gè)地區(qū)的發(fā)展情況不同，經(jīng)濟(jì)水平和文化水平也有一定的差異，這對信令鏈的路傳輸速度有很大的影響，我們需要將這些實(shí)際的情況有效的融入進(jìn)去才能計(jì)算出一個(gè)理想的結(jié)果。
（2）MSC至BSC之間信令鏈路的設(shè)計(jì)。在無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)過程中，MSC至BSC之間信令鏈路額設(shè)計(jì)也占據(jù)著非常重要的位置，能夠?qū)φw的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生一定的決定性影響，我國在方面的研究較為深入，而且非常的重視。經(jīng)過一段時(shí)間的研究，工作人員認(rèn)為，每個(gè)呼叫在信令鏈路上占用的時(shí)間￡=（8×M×L）/64 000，一條鏈路的忙時(shí)呼叫次數(shù)BHCA=G×36 000/t，每用戶的忙時(shí)呼叫次數(shù)b h ca=（P×3 600）/T，則每條信令鏈路能夠支持的最大用戶數(shù)BHCA/b h ca--（G×T×64 000）/（e×8×M×L）。由此可見，對于MSC至BSC之間信令鏈路的設(shè)計(jì)來說，需要通過精確的計(jì)算公式來實(shí)現(xiàn)，從而彌補(bǔ)無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的一些空缺，這樣才能在全局中達(dá)到一個(gè)較為高端的水準(zhǔn)。
（3）MSC至HLR之間的信令鏈路的設(shè)計(jì)。在一般的工作人員看來，MSC至HLR之間的信令鏈路的設(shè)計(jì)并不是特別的重要，但在現(xiàn)階段的發(fā)展中，為了讓無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃更好的改善居民的生活水平和工作水平，必須讓每一個(gè)環(huán)節(jié)都達(dá)到最優(yōu)，才能在實(shí)現(xiàn)的過程中，產(chǎn)生較大的積極影響。我們需要將MSC至HLR之間的信令鏈路的設(shè)計(jì)這樣的環(huán)節(jié)重視起來，避免漏洞和隱患的發(fā)生。
4 總結(jié)
本文對無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了一定的思考，無論是客觀方面，還是主觀方面，都進(jìn)行了一定的闡述。從現(xiàn)有的情況來看，無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)現(xiàn)過程并不是特別的困難，得到了社會(huì)各界的大力支持，較多的人群對無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的是實(shí)現(xiàn)持有肯定態(tài)度，相信在將來的發(fā)展中，會(huì)有一個(gè)較大的建樹。值得注意的是，在實(shí)現(xiàn)的過程中，必須考慮到實(shí)際情況，才能避免漏洞的發(fā)生。
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（遼寧鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，錦州 121000）
（Liaoning Railway Vocational and Technical College，Jinzhou 121000，China）
摘要： 在二十世紀(jì)，地鐵/輕軌無線通信系統(tǒng)作為運(yùn)輸與通信高度結(jié)合的產(chǎn)物，并且逐漸成為地鐵、輕軌運(yùn)營的關(guān)鍵和重要組成部分，憑借通信系統(tǒng)可以提高運(yùn)輸效率，同時(shí)可以保證行車的安全性。對于地鐵/輕軌無線通信系統(tǒng)來說，其組成主要包括：無線集群通信、光纖傳輸、中繼器加漏泄同軸電纜傳輸、無線尋呼引入，以及蜂窩電話引入等子系統(tǒng)。從隸屬關(guān)系來看，地鐵/輕軌無線通信可以劃歸為移動(dòng)通信范疇，同時(shí)具有限定空間、限定場強(qiáng)覆蓋范圍、技術(shù)要求高、專用性強(qiáng)等特點(diǎn)。
Abstract： The wireless communication system of metro and light rail is a product of the highly integration of transport and communication in the 20th century, and it has gradually become the key and the important part of the operation of metro and light rail. With communication system, it can improve the efficiency of transportation and guarantee the safety of driving. The wireless communication system of metro and light rail mainly includes wireless communications, optical fiber transmission, coaxial cable transmission of the refueling, spilling and drainage of the repeater, wireless paging import, cell phone import and other subsystems. In the view of membership function, metro and light rail wireless communication can be characterized as mobile communication, at the same time, it has many characteristics, such as definitive space, definitive coverage area of field intensity range, high technical requirements, high specificity and so on.
關(guān)鍵詞 ： 無線通信；系統(tǒng)組成；關(guān)鍵技術(shù)
Key words： wireless communication；system composition；key technology
中圖分類號：[TN915.852] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
文章編號：1006-4311（2015）06-0240-02
0 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在世界范圍內(nèi)，軌道交通作為公共交通工具開始出現(xiàn)在城市中。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，以及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，在現(xiàn)代大城市中，大運(yùn)量的軌道交起著越來越重要的作用。在我國，建設(shè)和完善城市軌道交通系統(tǒng)，正面臨著前所未有的機(jī)遇，對于我國大中城市來說，建設(shè)和發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng)將成為有史以來最大的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目。在應(yīng)用技術(shù)、基礎(chǔ)理論方面，由于我國城市軌道交通目前還處于開拓發(fā)展階段，在這種情況下，大多數(shù)工程項(xiàng)目的實(shí)施都要引進(jìn)新的技術(shù)和設(shè)備。到目前為止，在城市軌道交通通信系統(tǒng)技術(shù)方面，我國還沒有相應(yīng)的施工規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)更沒有統(tǒng)一的通信技術(shù)性能指標(biāo)，進(jìn)而在一定程度上嚴(yán)重制約著我國城市軌道交通的發(fā)展。因此，提高我國城市軌道交通的通信技術(shù)和信息應(yīng)用能力，進(jìn)一步降低工程造價(jià)，這是確保軌道交通持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。
1 概述
對于地鐵無線通信系統(tǒng)來說，通常情況下，主要包括集群通信系統(tǒng)、無線尋呼引入系統(tǒng)、蜂窩電話引入系統(tǒng)等部分。目前在集群系統(tǒng)方面，國外技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，數(shù)字集群也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。在國內(nèi)，有能力開發(fā)集群系統(tǒng)、地鐵尋呼引入系統(tǒng)的企業(yè)僅有少數(shù)的幾家公司，在設(shè)備價(jià)格方面，國外目前都比較高，其高昂的價(jià)格使得國內(nèi)市場難以接受。對于地鐵尋呼引入系統(tǒng)來說，目前我們已經(jīng)開發(fā)出部分部件，與國外相比，其性能水平相當(dāng)。另外，我們已經(jīng)具備了蜂窩移動(dòng)電話引入方面的技術(shù)。從國內(nèi)范圍來看，在地鐵無線通信系統(tǒng)所涉及的技術(shù)我們處于領(lǐng)先水平。
2 系統(tǒng)組成
從系統(tǒng)組成來說，地鐵無線通信系統(tǒng)主要由無線集群通信、光纖傳輸、中繼器加漏泄同軸電纜傳輸?shù)茸酉到y(tǒng)構(gòu)成。其中控制中心設(shè)備、集群基站設(shè)備、無線移動(dòng)交換機(jī)、光電轉(zhuǎn)換設(shè)備等設(shè)備共同組成系統(tǒng)。通常情況下，采用基站加漏纜中繼方式對系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行處理。在全線范圍內(nèi)，需要設(shè)置一個(gè)控制中心，若干個(gè)集群基站，一個(gè)無線移動(dòng)交換機(jī)等，同時(shí)根據(jù)用戶數(shù)量及話務(wù)量的大小，對基站信道數(shù)進(jìn)行靈活的配置，并且進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分配。信息指令由調(diào)度員發(fā)出后，經(jīng)控制中心及無線移動(dòng)交換機(jī)處理后被傳至相應(yīng)的集群基站，基站與光纜之間通過合路器、光電轉(zhuǎn)換器、光分路器等相互連接，信息經(jīng)過基站進(jìn)行處理后，通過光纜傳送至各車站中繼器，中繼器通過對信號進(jìn)行放大處理，然后饋送至全線漏泄同軸電纜輻射出去，進(jìn)而在一定程度上使列車司機(jī)、車站值班員、手持臺持有者等能夠清晰、順暢地收到來自調(diào)度員的信息。對于列車司機(jī)、車站值班員、手持臺持有者來說，其發(fā)出的信息通過漏泄同軸電纜接收后處理后，將所接收的信息傳送至中繼器，經(jīng)放大處理后，中繼器將信號通過光纜進(jìn)一步傳送至基站，最后信息由基站經(jīng)過控制中心及無線移動(dòng)交換機(jī)傳輸給調(diào)度員。
3 無線通信系統(tǒng)的功能
對于地鐵來說，無線通信系統(tǒng)的功能主要表現(xiàn)為：指揮列車運(yùn)行、公安治安、防災(zāi)應(yīng)急通信和設(shè)備線路維修等。根據(jù)地鐵運(yùn)行、管理的需要，按照無線通信系統(tǒng)的工作區(qū)域及工作性質(zhì)可以將其分為：①列車無線調(diào)度通信子系統(tǒng)。②停車場調(diào)車、檢修無線通信子系統(tǒng)。③車輛段調(diào)車、檢修無線通信子系統(tǒng)。④維修及施工無線通信子系統(tǒng)。
對于地鐵無線通信系統(tǒng)來說，如果由以上各無線通信子系統(tǒng)構(gòu)成，在一定程度上可以滿足行車調(diào)度、維修調(diào)度、公安調(diào)度等人員與列車司機(jī)、車站值班員、區(qū)間工作人員之間的通信需要。借助無線通信系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成調(diào)度員（固定臺）與移動(dòng)臺之間通話的接續(xù)，以及移動(dòng)臺與移動(dòng)臺之間、無線用戶與PABX程控電話用戶之間通話的接續(xù)。
4 關(guān)鍵技術(shù)
對于地鐵無線通信系統(tǒng)來說，通常情況下，其組成主要包括無線集群通信、光纖傳輸、中繼器加漏泄同軸電纜傳輸?shù)茸酉到y(tǒng)。其中，涉及到的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：系統(tǒng)集成技術(shù)、無線集群通信技術(shù)、光纖傳輸技術(shù)、多信道射頻中繼技術(shù)等。系統(tǒng)設(shè)備主要由控制中心設(shè)備、集群基站設(shè)備、無線移動(dòng)交換機(jī)等構(gòu)成，與設(shè)備相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：高頻電路技術(shù)、頻率合成技術(shù)、ASIC技術(shù)等。
在技術(shù)研發(fā)方面，通過對國外相關(guān)設(shè)備的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)、消化和吸收，利用模塊化集成方法，進(jìn)而在一定程度上自行研制開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)信令的集群系統(tǒng)基站設(shè)備，同時(shí)通過對多信道中繼器進(jìn)行自行研制和開發(fā)，并且對相對成熟的配套產(chǎn)品進(jìn)行采購，進(jìn)一步組建整個(gè)通信系統(tǒng)。
①集群調(diào)度通信系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常情況下主要包括集群控制器、無線交換機(jī)、調(diào)度臺等。②漏纜中繼系統(tǒng)。對于該系統(tǒng)來說，主要包括光纖射頻傳輸系統(tǒng)、雙向放大器。③無線尋呼引入系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括前端接收部分、信號處理部分等。④蜂窩電話引入系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括高等學(xué)校增益大功率線性放大器、高隔離雙工器等。
5 結(jié)論
隨著地鐵事業(yè)快速發(fā)展的要求，無線通信技術(shù)已經(jīng)成為地鐵監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)中一個(gè)重要的、關(guān)鍵的技術(shù)手段。無線通信技術(shù)克服了傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)受制于列車快速運(yùn)行，距離跨度大等客觀條件的缺陷，使地鐵列車監(jiān)控系統(tǒng)更為方便、實(shí)時(shí)和高效。但與此同時(shí)，無線通信技術(shù)相比傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)仍然存在著傳輸有延遲、穩(wěn)定性不足等缺點(diǎn)，在今后的工作中，如何有效提高無線通信技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性和可靠性，在未來城市軌道交通發(fā)展中成為主流，并且無線通信系統(tǒng)將會(huì)朝著高帶寬、多功能、智能化方向發(fā)展。在地鐵運(yùn)行過程中，如果帶寬足夠，通過對通信和信號系統(tǒng)進(jìn)行整合，并對其所占的帶寬進(jìn)行智能化分配，進(jìn)一步是該產(chǎn)品改變目前地鐵市場信號和通信相互制約的格局。當(dāng)前，城市軌道的交通信號和通信系統(tǒng)之間是相對獨(dú)立的，由于地鐵項(xiàng)目需要大規(guī)模的投資，并且后期維護(hù)費(fèi)用非常龐大。在這種情況下，可以考慮對通信和信號進(jìn)行整合。
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關(guān)鍵詞：公安專網(wǎng)；無線通信；寬窄帶
1引言
目前，在移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與普及下，公安在建設(shè)專網(wǎng)時(shí)可以充分利用已有基站通信進(jìn)，并在這一基礎(chǔ)上，促進(jìn)窄帶通信的發(fā)展，以來滿足業(yè)務(wù)增多、維護(hù)費(fèi)用降低等要求。而這也意味著必須實(shí)現(xiàn)公安專網(wǎng)無線通信系統(tǒng)的寬窄帶融合，讓寬帶負(fù)責(zé)多媒體業(yè)務(wù)，窄帶負(fù)責(zé)語言業(yè)務(wù)，并通過統(tǒng)一管理，達(dá)到理想專網(wǎng)通信效果，從而為公安管理的進(jìn)一步發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。
2公安專網(wǎng)無線通信建設(shè)需求
當(dāng)前，公安專網(wǎng)主要涉及四方面的無線通信系統(tǒng)。第一是350M的無線集群通信系統(tǒng)，這一系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)語音通信，主要有PDT數(shù)字集群、Tetra數(shù)字集群以及MPT1327模擬集群等系統(tǒng)[1]。在具體應(yīng)用中，該系統(tǒng)是應(yīng)用最廣泛，也是使用時(shí)間最長的系統(tǒng)。第二是340M的無線圖像傳輸系統(tǒng)。在通過一定溝通后，工信部將336～344頻段劃分給公安部門專用，讓其在緊急情況下可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)的圖像傳輸。但是，因?yàn)轭l率資源有較大缺陷，在這一頻段中進(jìn)行大規(guī)模組網(wǎng)會(huì)面臨巨大難度。第三是VPN和移動(dòng)通信。移動(dòng)警務(wù)的應(yīng)用系統(tǒng)是通過移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)來做好VPN接入與信息訪問工作，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、訪問、上傳以及下載等。第四是VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)。
3公安專網(wǎng)無線通信系統(tǒng)使用現(xiàn)狀
目前，大部分警員仍然使用傳統(tǒng)模擬對講系統(tǒng)，但是在各種因素限制下，這一系統(tǒng)無法對定位、數(shù)據(jù)以及短信等業(yè)務(wù)提供支持，使得警員無法進(jìn)行精細(xì)定位、扁平調(diào)度，不能滿足現(xiàn)代警務(wù)工作需求。2014年6月，公安部門將PDT定為數(shù)字集群的唯一標(biāo)準(zhǔn)，有效解決了聽到找不到的問題，但是從本質(zhì)上看，PDT仍屬于移動(dòng)通信技術(shù)，在調(diào)制技術(shù)與寬帶的限制下，其無法進(jìn)行高速傳輸，使得警員在處理任務(wù)時(shí)，無法實(shí)現(xiàn)高數(shù)數(shù)據(jù)查詢與雙向傳輸。在3G、4G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用下，解決了找到看不到問題，但是因?yàn)檫\(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)是全社會(huì)共用的，還存在較為嚴(yán)重的安全問題和可靠性問題，會(huì)給公安工作帶來不良影響。LTE專網(wǎng)具有傳輸快、無線頻譜利用率較高、成熟可靠、時(shí)延小以及結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)。但是，由于LTE具有頻點(diǎn)高與寬帶大特征，使得其需要的基站數(shù)量非常多，很多地方不但無法承擔(dān)大規(guī)模投資，在人才方面也較為匱乏[2]。專用頻段與無線圖像傳輸系統(tǒng)的運(yùn)用，在一定程度上解決了投資與需求之間的矛盾。但是，圖傳系統(tǒng)還存在容量有限、極易受干擾、終端聯(lián)通性差以及設(shè)備不兼容等問題，無法達(dá)到理想警用效果。
4公安專網(wǎng)無線通信系統(tǒng)寬窄帶融合方案
4.1總體架構(gòu)
寬窄帶融合指的是實(shí)現(xiàn)終端、網(wǎng)絡(luò)以及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)端融合。因此，其方案也被稱作寬窄帶新融合方案。這一方案最突出的作用是可以依照當(dāng)前專網(wǎng)建設(shè)的實(shí)際情況，為融合中存在的問題提供有效解決措施。寬窄帶新融合方案主要是由五部分構(gòu)成，即終端、無線接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、網(wǎng)管系統(tǒng)以及統(tǒng)一調(diào)度平臺。在各種融合驗(yàn)證作用下，這一方案可以突破管道限制，并將全面融合業(yè)務(wù)體驗(yàn)提供給相關(guān)人員。
4.2方案特點(diǎn)
在建設(shè)內(nèi)容上，融合方案特點(diǎn)可以分成窄帶建設(shè)、公網(wǎng)疊加以及專網(wǎng)LTE融合三部分。窄帶建設(shè)指的是通過短數(shù)據(jù)全覆蓋和重要任務(wù)語音業(yè)務(wù)的提供，有效滿足調(diào)度指揮業(yè)務(wù)的實(shí)際需求。公網(wǎng)疊加無需建設(shè)單獨(dú)寬帶專網(wǎng)就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)接入，在對窄帶核心網(wǎng)進(jìn)行升級后，通過多媒體通信業(yè)務(wù)，可以實(shí)現(xiàn)寬、窄帶的互通。專網(wǎng)LTE融合指的是應(yīng)該在熱點(diǎn)和關(guān)鍵區(qū)域建設(shè)LTE專網(wǎng)，并將其與融合核心網(wǎng)相連接，保證專網(wǎng)的覆蓋面積，為重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)急數(shù)據(jù)、語音以及實(shí)時(shí)視頻等正常運(yùn)行提供保障，進(jìn)而逐漸實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)全覆蓋。
4.3方案描述
第一，在終端方面，四模集群終端可以給予LTE公網(wǎng)、LTE專網(wǎng)以及PDT集群等多種制式同時(shí)支持，還可以根據(jù)需要對PDT專網(wǎng)與LTE專網(wǎng)進(jìn)行適當(dāng)切換。這也意味著一部終端能夠?qū)崿F(xiàn)寬窄帶融合通信。第二，在無線接入網(wǎng)方面，在公安專網(wǎng)通信中，警用數(shù)據(jù)集群這一系統(tǒng)長期發(fā)揮著基礎(chǔ)作用。LTE專網(wǎng)主要負(fù)責(zé)熱點(diǎn)區(qū)域的寬帶業(yè)務(wù)，為了滿足該地區(qū)連續(xù)覆蓋的需求，應(yīng)該將一體化基站部署在應(yīng)急通信場景中，加強(qiáng)對重點(diǎn)區(qū)域的覆蓋；在寬帶業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)廣泛覆蓋中，還應(yīng)該發(fā)揮現(xiàn)有340M圖像傳輸系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、3G或者是LTE公網(wǎng)以及衛(wèi)星通信的輔助作用。第三，在核心網(wǎng)方面，寬窄帶融合中的核心內(nèi)容是核心網(wǎng)融合，應(yīng)該將不同通信制式基站接入落到實(shí)處。同時(shí)，還應(yīng)該對寬窄帶進(jìn)行統(tǒng)一編組，實(shí)現(xiàn)不同制式終端的統(tǒng)一開戶、鑒權(quán)以及管理。另外，還應(yīng)該對現(xiàn)有窄帶核心網(wǎng)進(jìn)行升級，使其成為寬窄帶融合網(wǎng)，以保障現(xiàn)有投資。第四，在網(wǎng)絡(luò)管理方面，通過統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)、開戶、監(jiān)控、配置以及管理，可以將多網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維體驗(yàn)提供給相關(guān)工作者。第五，在調(diào)度平臺方面，在全融合多媒體調(diào)度的作用下，可以在PGIS的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)多媒體指揮調(diào)度、實(shí)時(shí)態(tài)勢顯現(xiàn)以及全方位圖像顯示。
4.4實(shí)施案例
寬窄帶融合指的并不是將寬帶網(wǎng)絡(luò)與窄帶網(wǎng)絡(luò)簡單融合在一起，而是對無線終端、基站、交換中心、網(wǎng)絡(luò)管理及指揮調(diào)度等方面的融合。以某公安廳寬窄帶融合為例，該省對全省聯(lián)網(wǎng)PDT系統(tǒng)進(jìn)行了建設(shè)，警用窄帶終端的配備率為80%。在項(xiàng)目實(shí)施中，增加了寬窄帶融合多模終端的配置，并且在同一多模終端中，寬帶與窄帶有著相同號碼。同時(shí)，還將LTE基站建設(shè)在了該省熱點(diǎn)地區(qū)，如政府機(jī)關(guān)地區(qū)、車站等。另外，還對省廳原有窄帶交換中心進(jìn)行了升級，使其成為有效融合寬窄帶的交換中心，并且PDT與LTE基站都和這一交換中心相接。網(wǎng)絡(luò)管理可以對寬帶網(wǎng)絡(luò)與窄帶網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并實(shí)現(xiàn)兩種終端的統(tǒng)一開戶。同時(shí)，在公安廳指揮中心，不管是窄帶終端還是雙模終端，都發(fā)揮著指揮調(diào)度的作用。通過上述融合，不但可以讓窄帶終端與雙模終端實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，還能通過對多模終端寬帶的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)圖像與視頻的上傳、下推。因?yàn)樵撌⊥瓿闪薖DT系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，因此在寬窄帶融合項(xiàng)目建設(shè)中，其在全融合技術(shù)方案的實(shí)施下，不僅滿足了終端互聯(lián)互通、圖像與視頻上傳下推等要求，還真正達(dá)到了調(diào)度指揮目的，即聽見、看到以及看清[3]。
無線通信是近年發(fā)展較快和應(yīng)用較廣的技術(shù)，本文通過對某電廠技術(shù)改造的研究，提出了以無線通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)電纜通信的方案。該方案具有實(shí)施靈活簡便、系統(tǒng)穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，同時(shí)較低的改造成本亦便于推廣。
關(guān)鍵詞：無線通信；電纜；工業(yè)控制通信系統(tǒng)；成本
一、目的
傳統(tǒng)工業(yè)控制通信系統(tǒng)一般使用電纜作為信號傳輸介質(zhì)，建立這樣的系統(tǒng)需要完成大量的基建工作（制作電纜通道），支付高昂的原料成本，且建成后升級改造和故障排除均十分困難，這對生產(chǎn)企業(yè)來說既難以接受又無可奈何。
本文的研究目的在于嘗試設(shè)計(jì)和建立一種無線工業(yè)控制通信系統(tǒng)，在滿足工業(yè)控制系統(tǒng)通信穩(wěn)定可靠的情況下，同時(shí)具備價(jià)格低廉和安裝維護(hù)簡便的特點(diǎn)，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電纜通信。
二、案例
某電廠燃料碼頭現(xiàn)有二臺25T橋式抓斗卸船機(jī)，自2011年開始，卸船機(jī)與輸煤集控之間通信故障頻發(fā)，在卸煤作業(yè)中聯(lián)鎖狀態(tài)時(shí)有時(shí)無，故障除了影響生產(chǎn)效率外，更對巡檢人員的安全構(gòu)成了威脅。
1.故障分析
（1）電纜線芯受損：由于碼頭工作環(huán)境相對惡劣，電纜保護(hù)外殼易老化損壞，此時(shí)，卸船機(jī)行走所產(chǎn)生的拉力將有部分由電纜線芯承擔(dān)，線芯因此出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，引起故障。
（2）通信終端故障：收發(fā)信息的I/O模塊跟轉(zhuǎn)換電壓用的繼電器，在自身損壞或接線不牢的情況下均可能引起故障。
2.改進(jìn)方法
設(shè)計(jì)并建立一個(gè)基于無線通信技術(shù)的工業(yè)控制通信系統(tǒng)，新系統(tǒng)不再使用通信電纜及相關(guān)的通信終端，故障亦隨之消除。
設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作流程如下：使用PLC/上位機(jī)采集控制系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，再利用硬件對該數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制，發(fā)射電臺將經(jīng)過調(diào)制后的數(shù)據(jù)以電磁波的形式傳播到信號覆蓋區(qū)域內(nèi)，指定的電臺對其進(jìn)行接收、解調(diào)，最終數(shù)據(jù)到達(dá)目標(biāo)上位機(jī)/PLC處。
根據(jù)實(shí)際工況，通信系統(tǒng)按照1主站4從站的方式配置，如圖1所示；選用了型號為RLXIB-IHN的以太網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器作為電臺使用，性能參數(shù)見表1。
三、結(jié)論
月度維護(hù)隨機(jī)地點(diǎn)測試結(jié)果（組圖1）：
1.通訊的無線信號強(qiáng)度：
輸煤運(yùn)轉(zhuǎn)樓主站：為信號發(fā)送者信號滿格，頻道帶寬為2.4G*2
煤電綜合樓從站：SNR=27，信號為 優(yōu)良
頻道帶寬為2.4G*2，與主站通訊標(biāo)稱速度為 300M
現(xiàn)有信號下通訊 速率最大150M
數(shù)據(jù)交換速度為 1～2ms 一次。
#1卸船機(jī)從站：SNR=27 ，信號為優(yōu)良。
頻道帶寬為2.4G*2，與主站通訊標(biāo)稱速度為 300M
現(xiàn)有信號下通訊 速率最大150M
數(shù)據(jù)交換速度為 1～2ms 一次，偶爾出現(xiàn)3ms速度。
#2卸船機(jī)從站：SNR=30，信號為優(yōu)良
頻道帶寬為2.4G*2，與主站通訊標(biāo)稱速度為 300M
現(xiàn)有信號下通訊 速率最大180M
數(shù)據(jù)交換速度為 1～2ms 一次。
集控室從站：SNR=24，頻道帶寬為2.4G*2。
與主站通訊標(biāo)稱速度為 110M 。
實(shí)際通訊 速率180M
數(shù)據(jù)交換速度為 1～2ms 一次，偶爾出現(xiàn)3ms速度。
沙角A電廠進(jìn)行無線通信系統(tǒng)的改造成本約為10萬人民幣，整個(gè)改造周期約為2個(gè)月，期間可沿用原通信系統(tǒng)；若更換通信電纜，不計(jì)算基建費(fèi)用，材料成本約為19萬人民幣，改造周期約為1個(gè)半月，期間設(shè)備須停運(yùn)，由此可見，無線通信系統(tǒng)成本更低，施工過程更靈活。
在現(xiàn)場試運(yùn)的半年時(shí)間內(nèi)（含雷暴、臺風(fēng)等惡劣天氣），該系統(tǒng)未出現(xiàn)過通信故障，且在指定區(qū)域進(jìn)行隨機(jī)抽查得到的信號強(qiáng)度均能達(dá)到良好水平，故認(rèn)為其穩(wěn)定可靠。
新技術(shù)發(fā)展成熟從而代替舊技術(shù)，是科技發(fā)展的普遍規(guī)律，憑借著低廉的成本、簡便靈活的實(shí)施方式，無線通信也將在工業(yè)控制領(lǐng)域上逐漸替代電纜通信。
四、經(jīng)驗(yàn)分享
本次改造的過程總體而言比較順利，對此本人亦有一些心得，在此分享。
電臺位置選擇
在為電臺選擇安裝地點(diǎn)時(shí)必須考慮周邊的地理狀況對信號產(chǎn)生的影響，只要仔細(xì)留意圖1，就可發(fā)現(xiàn)電臺的選址均在較高且四周無障礙物處，這樣可以有效減少信號衰減，增強(qiáng)通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
1.硬件兼容性
不同廠家之間的工業(yè)控制產(chǎn)品大多存在硬件上不兼容的問題，在購買硬件前應(yīng)先通過咨詢銷售方技術(shù)人員進(jìn)行確認(rèn)，以免出現(xiàn)需額外增加轉(zhuǎn)換器的狀況。
2.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法
只要確定了系統(tǒng)的工作流程，即可利用軟硬件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，方法繁多，不一而足，現(xiàn)提供案例中的解決方案以作參考：
（1）此方案選用了OPC軟件KEPSERVER及組態(tài)軟件INTOUCH；
（2）將KEPSERVER及INTOUCH安裝至上位機(jī)；
（3）使用INTOUCH與本地PLC組態(tài)，建立變量表；
使用KEPSERVER與遠(yuǎn)方PLC連接，再根據(jù)上位機(jī)的操作，從遠(yuǎn)方PLC讀取數(shù)據(jù)至變量表中或從變量表中抽取數(shù)據(jù)寫至遠(yuǎn)程PLC中。
至此即可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制設(shè)備之間的無線通信。
參考文獻(xiàn)：
不同系統(tǒng)之間的干擾
未來，無線通信系統(tǒng)將是一個(gè)多網(wǎng)融合的系統(tǒng)，包括蜂窩網(wǎng)、無線接入網(wǎng)、廣播網(wǎng)等。蜂窩網(wǎng)會(huì)同時(shí)存在2G、3G等不同的系統(tǒng)。無線接入網(wǎng)也會(huì)同時(shí)存在WLAN、WiMAX等不同系統(tǒng)。這種多網(wǎng)共存的狀態(tài)使得在同一服務(wù)區(qū)內(nèi)有多種不同的系統(tǒng)同時(shí)工作，不同系統(tǒng)之間勢必會(huì)產(chǎn)生干擾。
2G與3G系統(tǒng)之間干擾 考慮到我國的實(shí)際情況，在建設(shè)3G網(wǎng)絡(luò)的初期，3G與2G系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)會(huì)，共用現(xiàn)有2G網(wǎng)絡(luò)的基站，相互之間勢必會(huì)產(chǎn)生干擾。
系統(tǒng)之間的干擾主要包括雜散干擾、互調(diào)干擾及阻塞干擾。雜散干擾與DCS1800基站在1920MHz附近的帶外發(fā)射有關(guān)。從干擾源接收的一些無用信號將導(dǎo)致接收機(jī)靈敏度降低，3G系統(tǒng)信噪比下降，服務(wù)質(zhì)量惡化。互調(diào)干擾是由于系統(tǒng)的非線性導(dǎo)致不同頻率的有用信號合成，產(chǎn)生新的無用信號，并落到相鄰3G系統(tǒng)的上行頻段，使接收機(jī)信噪比下降，表現(xiàn)為3G系統(tǒng)信噪比下降和服務(wù)質(zhì)量惡化。阻塞干擾與3G基站接收機(jī)的過濾能力有關(guān)。由于兩系統(tǒng)天線相距較近，3G系統(tǒng)的接收機(jī)收到的總信號功率達(dá)到飽和，導(dǎo)致無法工作。
不同標(biāo)準(zhǔn)之間的干擾 1920MHz~1980MHz和2110MHz~2170MHz分別被WCDMA和CDMA2000的上行和下行頻段占用，表明WCDMA與CDMA2000兩種體制的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)工作在相鄰頻段，可能產(chǎn)生系統(tǒng)間干擾。因此，在實(shí)際建網(wǎng)時(shí)，兩系統(tǒng)運(yùn)營商應(yīng)該考慮到這些干擾因素，盡可能共站或使用較小的基站距離，降低系統(tǒng)間干擾，提高系統(tǒng)頻譜利用率。
在1920MHz頻點(diǎn)附近，TD-SCDMA系統(tǒng)工作于上下行，WCDMA系統(tǒng)工作于上行。WCDMA下行頻段和1920MHz頻點(diǎn)有190MHz的頻率間隔(3GPP TS25.141規(guī)范要求UTRA/FDD能夠支持190MHz的收發(fā)間隔)。TD-SCDMA對WCDMA下行的干擾和WCDMA下行對TD-SCDMA的干擾主要是雜散輻射。由于有190MHz頻率保護(hù)帶，其干擾暫時(shí)可以不予考慮。
在實(shí)際建網(wǎng)時(shí)，可以采用頻率隔離和天線隔離等手段減小系統(tǒng)之間的干擾，也可以充分利用地理?xiàng)l件，盡量增加基站間的隔離度，以降低干擾。
PHS與3G系統(tǒng)之間的干擾 目前，中國電信和中國網(wǎng)通運(yùn)營的PHS系統(tǒng)主要使用1900MHz~1920MHz頻段，與WCDMA規(guī)劃的FDD上行頻段1920MHz~1980MHz相鄰，因此PHS系統(tǒng)與WCDMA系統(tǒng)之間可能存在干擾。考慮到兩個(gè)系統(tǒng)使用的頻段情況，WCDMA下行信號頻段應(yīng)遠(yuǎn)離PHS系統(tǒng)的頻段。PHS和WCDMA系統(tǒng)共存時(shí)，主要有四種干擾，包括WCDMA終端干擾PHS基站、WCDMA終端干擾PHS終端、PHS終端干擾WCDMA基站，以及PHS基站干擾WCDMA基站。
當(dāng)WCDMA基站和PHS基站共站址時(shí)，解決干擾的方法有兩種，即空間隔離法和干擾源加濾波器法。其中，空間隔離有水平隔離、垂直隔離和傾斜隔離三種方法。
SCDMA與3G之間干擾 SCDMA系統(tǒng)俗稱大靈通，脫胎于我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3G技術(shù)TD-SCDMA。它融合了智能天線、同步碼分多址以及全質(zhì)量話音壓縮編碼等先進(jìn)技術(shù)，在技術(shù)層面上全面超過了小靈通系統(tǒng)，具有輻射小、保密性好、通話質(zhì)量高和不易掉線等優(yōu)點(diǎn)。目前，SCDMA在我國市場，特別是“村村通”工程中穩(wěn)步發(fā)展。隨著3G系統(tǒng)的引入，國內(nèi)無線通信領(lǐng)域?qū)⒊霈F(xiàn)SCDMA與3G系統(tǒng)鄰頻共存的局面。由于發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的非理想性，鄰頻共存的無線通信系統(tǒng)間會(huì)彼此產(chǎn)生干擾。
WLAN與3G系統(tǒng)的干擾 WLAN是利用無線通信技術(shù)在一定的局部范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，能夠?qū)崿F(xiàn)隨時(shí)、隨地、隨意的寬帶網(wǎng)絡(luò)接入。隨著應(yīng)用進(jìn)一步發(fā)展，WLAN正逐漸從傳統(tǒng)意義上的局域網(wǎng)技術(shù)發(fā)展成公共無線局域網(wǎng)，成為Internet寬帶接入手段。
WLAN系統(tǒng)占用的頻段為2400MHz~2483.5MHz。 3G系統(tǒng)可能會(huì)對WLAN系統(tǒng)產(chǎn)生阻塞干擾，而WLAN頻段與GSM/DCS頻段間隔較遠(yuǎn)，通過濾波器的幅頻特性完全可以避免阻塞干擾。
WCDMA的下行信號與WLAN系統(tǒng)產(chǎn)生的互調(diào)信號可能會(huì)落在WCDMA系統(tǒng)上行段，產(chǎn)生互調(diào)干擾。用戶要結(jié)合實(shí)際要求來決定是否需要再增加隔離度。此外，WLAN系統(tǒng)與其他系統(tǒng)產(chǎn)生的互調(diào)信號也可能落在WCDMA系統(tǒng)上行段，產(chǎn)生互調(diào)干擾。
WiMAX與3G系統(tǒng)干擾 國際電信聯(lián)盟ITU-R為3G的FDD和TDD系統(tǒng)劃分了2.5GHz~2.69GHz頻段。美國聯(lián)邦通訊委員會(huì)在2004年允許固定微波業(yè)務(wù)使用2.495GHz~2.69GHz頻段。相對于3G系統(tǒng)，WiMAX可以更好地提供寬帶多媒體業(yè)務(wù)。雖然WiMAX的安全系統(tǒng)還不夠完善，但802.16e標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)提出了一些解決可靠性問題的措施。未來，WiMAX很可能作為3G的補(bǔ)充形式，與3G系統(tǒng)同時(shí)存在。
隨著相鄰頻率信號干擾比的增大，WiMAX系統(tǒng)對WCDMA系統(tǒng)上行的干擾減小，WCDMA系統(tǒng)容量損失隨之減小。在相同信號干擾比的情況下，隨著WiMAX和WCDMA基站距離間隔的增大，WiMAX系統(tǒng)對WCDMA基站的干擾相應(yīng)減小。在3G網(wǎng)絡(luò)商用化的過程中，設(shè)備廠商應(yīng)該考慮到不同網(wǎng)絡(luò)間存在的干擾，設(shè)計(jì)出更合理的終端及網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品。
解決系統(tǒng)間干擾的方法
未來，通信網(wǎng)絡(luò)中多種系統(tǒng)共存的狀況是不可避免的，減少因不同系統(tǒng)共存而導(dǎo)致的干擾成為亟待解決的問題。
筆者認(rèn)為，應(yīng)從兩個(gè)方面來解決這一問題，即頻譜規(guī)劃和具體抗干擾方案措施。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營必須獲得許可運(yùn)營頻段。政府如何劃分有限的可用頻段，并根據(jù)實(shí)際市場狀況分配資源將直接影響到各運(yùn)營商及設(shè)備廠商的具體方案實(shí)施。這需要政府對運(yùn)營商進(jìn)行協(xié)調(diào)，合理地進(jìn)行頻譜規(guī)劃。各運(yùn)營商和設(shè)備商必須采用有效的抗干擾技術(shù)來保證系統(tǒng)的正常工作，如采用頻率隔離、天線隔離及基站隔離等手段，也可采用共存濾波器提高收發(fā)機(jī)的濾波特性等。運(yùn)營商在建設(shè)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候應(yīng)合理規(guī)劃，盡量避免工作頻率相鄰的不同系統(tǒng)的基站共址工作，而增加基站間的空間隔離度能有效減少干擾。
未來的網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)更加復(fù)雜、多元化的網(wǎng)絡(luò)，還會(huì)有UWB、Wi-Fi等移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字衛(wèi)星電視等廣播網(wǎng)絡(luò)。這些網(wǎng)絡(luò)之間也會(huì)存在一定干擾。市場及技術(shù)的成熟將加速三網(wǎng)融合的進(jìn)程。目前，我國有關(guān)部門正在研究和制定寬帶無線多媒體方面的標(biāo)準(zhǔn)。
鏈 接:干擾的類型
無線通信系統(tǒng)間的干擾主要有雜散干擾、互調(diào)干擾和阻塞干擾。
雜散干擾 主要是由于接收機(jī)的靈敏度不高造成的。發(fā)射機(jī)輸出信號通常為大功率信號，在產(chǎn)生大功率信號的過程中會(huì)在發(fā)射信號的頻帶之外產(chǎn)生較高的雜散。如果雜散落入某個(gè)系統(tǒng)接收頻段內(nèi)的幅度較高，則會(huì)導(dǎo)致接收系統(tǒng)的輸入信噪比降低，通信質(zhì)量惡化。
關(guān)鍵詞：空時(shí)編碼； 多輸入多輸出； 分層空時(shí)碼； 空時(shí)格形碼； 空時(shí)分組碼
中圖分類號：TN929.22-34文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1004-373X(2011)19-0031-03
MIMO Space-time Coding Technology in Wireless Communication System
WANG Guo-zhen, LIU Yu
(School of Communication Engineering, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121, China)
Abstract： In wireless communication system, the requirements on high quality and efficient broadband services are increasing. The space-time codes (STC) were designed to improve transmission quality, reduce BER, obtain higher encoding gain and diversity gain and improve the system capacity and spectrum efficiency using the multiple-input multiple-output (MIMO) antenna system. Three kinds of space-time coding schemes (layered space-time code, space-time grid form code, space-time block code) in the multiple-input multiple-output (MIMO) wireless communication system are introduced. The perfor-mance of these three kinds of schemes are analyzed and compared.
Keywords： STC; multiple input and multiple output; layered space-time code; space-time grid form code; space-time block code
0 引 言
隨著全球移動(dòng)通信用戶的不斷增加，為了滿足無線通信信道可靠并且高速的傳輸需求，已經(jīng)形成了多種高效的調(diào)制和編碼方案。然而，無線信道易遭受到各種時(shí)變特性的衰落，例如：多徑衰落、干擾和噪聲等，分集技術(shù)是對抗無線信道衰落的一種有效方法［1］。空時(shí)編碼技術(shù)則是利用多發(fā)射和多接收天線，將發(fā)射分集和接收分集相結(jié)合，在通信的發(fā)射端與接收端建立起多條鏈路。它可以有效地抑制干擾，提高傳輸質(zhì)量，降低誤碼率，并獲得較高的編碼增益和分集增益。簡而言之，空時(shí)編碼技術(shù)就是將編碼、調(diào)制、發(fā)送分集和接收分集有機(jī)地結(jié)合在一起，利用無線信道的多徑傳播特征，有效地補(bǔ)償信道衰減，增加系統(tǒng)容量，抑制噪聲和干擾的新的信道編碼技術(shù)。它充分有效地提高了多徑衰落信道的傳輸性能 ［2］。
本文根據(jù)空時(shí)編碼的設(shè)計(jì)目標(biāo)，分析討論了三種空時(shí)編碼方案，對其進(jìn)行了性能分析以及比較。
1 多輸入多輸出系統(tǒng)
所謂MIMO系統(tǒng)就是在無線通信系統(tǒng)的接收端和發(fā)射端采用多根天線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。MIMO技術(shù)有效地利用隨機(jī)衰落和多徑傳播來獲得高傳輸速率和質(zhì)量，它的優(yōu)勢可以在散射物豐富的環(huán)境中得到充分的體現(xiàn)。
如圖1所示，信源以二進(jìn)制數(shù)字信號的形式進(jìn)入一個(gè)空時(shí)編碼模塊，通過映射復(fù)調(diào)制和編碼，被映射成為幾個(gè)單獨(dú)的符號流，通過不同的天線將每路符號流發(fā)射出去。符號流的獨(dú)立性、冗余性取決于映射方式或者信道編碼的方式，可以根據(jù)要求的性能進(jìn)行設(shè)計(jì)。MIMO系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)就是為無線通信系統(tǒng)提供一定的空間復(fù)用增益和空間分集增益。空間復(fù)用增益可以大大地提高系統(tǒng)的傳輸速率，而空間分集增益則是提高傳輸?shù)目煽啃裕档拖到y(tǒng)的誤碼率。將空間中的多根天線在時(shí)間域和空間域結(jié)合起來處理，是實(shí)現(xiàn)空間復(fù)用增益和空間分集增益的有效方法［3］。
圖1 MIMO系統(tǒng)原理框圖MIMO系統(tǒng)有效地提高了無線通信系統(tǒng)的傳輸性能，它充分有效地利用了信號的所有空時(shí)頻域特性，主要有以下特點(diǎn)：
(1) 空域和時(shí)域聯(lián)合起來進(jìn)行信號處理，大大地提高了系統(tǒng)的傳輸性能。
(2) 利用或減去無線信道中的多徑衰落，將多徑這一物理現(xiàn)象由有害變?yōu)橛杏谩?/p>
(3) 在不增加帶寬的情況下，可以獲得額外的通信質(zhì)量或者容量的改善，提高頻譜利用率。
空時(shí)編碼是一種應(yīng)用于MIMO無線通信系統(tǒng)的編碼技術(shù)，該編碼技術(shù)是在多根天線和各個(gè)時(shí)間周期的發(fā)射信號之間產(chǎn)生空域和時(shí)域的相關(guān)性，使接收機(jī)克服MIMO信道衰落和減少發(fā)射誤碼，從而實(shí)現(xiàn)MIMO信道無線系統(tǒng)容量的顯著增加［4-5］。下面介紹空時(shí)編碼技術(shù)的三種編碼方案。
2 分層空時(shí)編碼
分層空時(shí)碼(Layered Space-Time Code，LST)最初是由貝爾實(shí)驗(yàn)室的Foschini提出的，因而被稱為BLAST(Bell Labs Layered Space-Time Code)，它是一種同時(shí)在時(shí)間維度和空間維度上進(jìn)行編碼的技術(shù)，使得編碼端的復(fù)雜度隨天線數(shù)目的增加而線性增長。
分層空時(shí)碼的基本思想是將高速業(yè)務(wù)分為若干低速業(yè)務(wù)，通過普通的并行信道編碼器編碼后，再進(jìn)行分層的空時(shí)編碼。調(diào)制后用多根天線發(fā)送，實(shí)現(xiàn)發(fā)送分集。它的發(fā)送模型如圖2所示。
圖2 分層空時(shí)編碼發(fā)送模型在接收端，用多根天線接收，信道參數(shù)通過信道估計(jì)獲得，分層判決反饋干擾的抵消由線性判決反饋均衡器實(shí)現(xiàn)，然后進(jìn)行分層空時(shí)譯碼，由單個(gè)信道譯碼器完成信道譯碼，接收模型如圖3所示［6］。
圖3 分層空時(shí)編碼接收模型分層空時(shí)碼根據(jù)映射方式的不同可以分為對角分層空時(shí)碼(DLST)、垂直分層空時(shí)碼(VLST)和水平分層空時(shí)碼(HLST)。
對角分層碼具有較好的空時(shí)特性及層次結(jié)構(gòu)，但是有傳輸冗余，存在頻譜利用率損耗。垂直分層空時(shí)碼和水平分層空時(shí)碼的空時(shí)特性及層次結(jié)構(gòu)較對角分層空時(shí)編碼差，但是沒有傳輸冗余，其中，垂直分層空時(shí)碼特性及層次結(jié)構(gòu)比水平分層空時(shí)碼要好，水平分層空時(shí)碼不存在子數(shù)據(jù)流之間的編碼，空時(shí)特性最差，因此，在實(shí)際中，垂直分層空時(shí)碼V-BLAST的應(yīng)用最為廣泛［7］。
3 空時(shí)格形編碼
空時(shí)格形碼(STTC)最初是由AT&T實(shí)驗(yàn)室的V.Tarokh等人提出的，它在不犧牲帶寬的情況下不僅可以提供盡可能大的分集增益，還可以提供較高的編碼增益。空時(shí)格碼STTC編譯碼的基本原理如圖4所示。
圖4 空時(shí)網(wǎng)格碼的實(shí)現(xiàn)框圖待發(fā)送的信息比特流經(jīng)過格形編碼轉(zhuǎn)化成可以同步發(fā)射的矢量碼元。格形編碼一般有QPSK-TCM,8PSK-TCM,16QAM-TCM等機(jī)制。接收機(jī)對STTC的解碼也有多種方式，通常采用Viterbi-MMSE算法來譯碼。
圖5為基于QPSK調(diào)制的4狀態(tài)STTC的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。
圖5 基于QPSK調(diào)制的4狀態(tài)STTC 的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖編碼器有4個(gè)狀態(tài),每接收2比特輸入信息后,編碼器從一個(gè)狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到另一個(gè)狀態(tài),并輸出相應(yīng)的碼字。例如編碼器處于零狀態(tài)時(shí),當(dāng)輸入的2比特信息分別為00,01,10,11時(shí),對應(yīng)的編碼輸出的星座點(diǎn)對是00,01,02,03。其中第一個(gè)數(shù)字是天線1發(fā)射的信號,第二個(gè)數(shù)字則是天線2在同一時(shí)刻發(fā)射的信號［8］。
STTC有以下很難克服的缺點(diǎn)：一是頻帶利用率不隨天線個(gè)數(shù)的增加而增加；二是譯碼復(fù)雜度隨著分集增益r和頻帶利用率b指數(shù)增長，即使r，b都比較小，譯碼復(fù)雜度也會(huì)很大；三是當(dāng)狀態(tài)數(shù)比較大時(shí)，設(shè)計(jì)STTC的好碼字也有一定的難度。因此，STTC在實(shí)際中的應(yīng)用受到了一定的限制。如何用更好的方法解決這三個(gè)問題則是今后空時(shí)編碼技術(shù)的重要研究方向。
4 空時(shí)分組編碼
空時(shí)分組碼是一種能夠提供滿分集增益，具有非常低的編碼和譯碼復(fù)雜度的多天線發(fā)射系統(tǒng)。Alamouti提出的兩根發(fā)射天線的空時(shí)分組碼方案可以提供完全發(fā)射分集增益，而且譯碼時(shí)只需要在接收端進(jìn)行簡單的線性處理，簡化了接收機(jī)的結(jié)構(gòu)。
Alamouti空時(shí)分組碼編碼器的原理框圖如圖6所示。在第一個(gè)時(shí)隙將復(fù)碼元信號s1和s2分別從兩個(gè)天線上同時(shí)發(fā)送；在第二個(gè)時(shí)隙，天線1和天線2分別同時(shí)發(fā)送信號-s*2和s*1(“*”表示求共軛)。
圖6 Alamouti空時(shí)分組碼編碼器的原理框圖STBC譯碼是利用其正交性,采用最大似然算法實(shí)現(xiàn)的。與最大比合并(MRRC)相比，STBC能得到相同的分集增益且具有很低的譯碼復(fù)雜度,易于實(shí)現(xiàn)。這種兩天線方案可以被擴(kuò)展到任意數(shù)目天線的情況使用。假設(shè)收端采用一根接收天線，Alamouti方案接收機(jī)的原理框圖如圖7所示［9］。
圖7 Alamouti方案的接收機(jī)5 性能分析
根據(jù)以上對三種空時(shí)編碼技術(shù)的分析，將其性能進(jìn)行比較，總結(jié)如下：
分層空時(shí)碼(BLAST)方案直接采用分解復(fù)用實(shí)現(xiàn)編碼，每個(gè)天線發(fā)送的都是完全獨(dú)立的調(diào)制信號，且以相同的載波發(fā)射。這種方法將無線信道多徑效應(yīng)產(chǎn)生的獨(dú)立空間衰落全部用來提高數(shù)據(jù)率。BLAST以分集增益為代價(jià)換取高的頻帶利用率，適用于多徑較為豐富的室內(nèi)傳輸環(huán)境。
空時(shí)網(wǎng)格碼(STTC)以頻帶利用率為代價(jià)來換取大益，是分集增益和編碼增益的折衷，是編碼、調(diào)制的聯(lián)合優(yōu)化，數(shù)據(jù)率的提高呈指數(shù)增長。
空時(shí)分組碼(STBC)也是以頻帶利用率為代價(jià)來換取最大的分集增益，特點(diǎn)是譯碼算法是線性運(yùn)算，比較簡單，但頻譜利用率較低。表1對上述幾種常用的空時(shí)碼結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡單比較。
6 結(jié) 論
空時(shí)編碼作為一種把編碼、調(diào)制和空間分集結(jié)合起來的先進(jìn)技術(shù)，是3G/4G技術(shù)中的一個(gè)重要部分，可見其在下一代移動(dòng)通信技術(shù)中有著廣泛的應(yīng)用前景。本文介紹了MIMO系統(tǒng)中常用的三種空時(shí)編碼技術(shù)方案，將這三種方案做了較直觀的比較，以便對空時(shí)編碼技術(shù)進(jìn)行有針對性的研究。
參 考 文 獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：無線通信；環(huán)境適應(yīng)性；熱設(shè)計(jì)；腐蝕；灰塵
Abstract： Environmental factors such as radiation， dust， lampblack， and corrosion affect wireless base station systems. With decreased capex and opex， there is a risk that the environment in which equipment operates deteriorates. In this paper， we draw on actual experiences in the field to discuss the effect of environmental factors on base station reliability. We suggest that environmental factors should be taken into consideration when designing network equipment， and we make specific recommendations about how equipment should be designed and deployed.
Key words： wireless communications； environmental adaptability； thermal design； corrosion； dust
運(yùn)營商降低TCO，主要包含降低建設(shè)成本（CAPEX）和維護(hù)成本（OPEX）兩方面。為了降低CAPEX，通信設(shè)備尤其是接入網(wǎng)設(shè)備的工作環(huán)境，從機(jī)房、空調(diào)方艙等被改變?yōu)榘ㄊ彝夤瘛⑷蹼娋堑馈④噹臁㈣F皮柜等各種復(fù)雜環(huán)境，同時(shí)對通信設(shè)備提出了體積小、重量輕、安裝成本低的要求，還要維持設(shè)備本身的低成本；為了降低OPEX，設(shè)備要盡量降低功耗、盡可能地被室外化、工作環(huán)境相對過去高溫化，以節(jié)省電費(fèi)，同時(shí)還要求設(shè)備盡量減少維護(hù)，以降低維護(hù)人工的成本。接入網(wǎng)電信設(shè)備從精密、嬌貴的設(shè)備，已經(jīng)變成無所不在的IT化設(shè)備，甚至工作環(huán)境更為惡劣。簡易機(jī)房土坯墻面脫落，設(shè)備工作環(huán)境的惡劣情況如圖1所示。
在這個(gè)背景之下，電信設(shè)備近年來面臨各種新的環(huán)境適應(yīng)性問題，設(shè)備設(shè)計(jì)的一些思路也需要有發(fā)生轉(zhuǎn)變，從遵從標(biāo)準(zhǔn)到理解標(biāo)準(zhǔn)，滿足應(yīng)用場景，以適應(yīng)不同的應(yīng)用需求。
對設(shè)備在不同環(huán)境下工作以及設(shè)計(jì)約束的研究，傳統(tǒng)上屬于可靠性方面。但是，傳統(tǒng)的可靠性方法，并沒有針對實(shí)際工程應(yīng)用給出足夠的指導(dǎo)意見。設(shè)備設(shè)計(jì)制造需要對環(huán)境適應(yīng)力的深入理解和把握，以及從系統(tǒng)多個(gè)維度上進(jìn)行平衡。
1 研發(fā)過程的可靠性方法
傳統(tǒng)的可靠性增長方法，主要從可靠性預(yù)計(jì)和可靠性指標(biāo)分配開始，通過預(yù)算、設(shè)計(jì)、控制等過程，保證產(chǎn)品的質(zhì)量[1]。
可靠性預(yù)計(jì)基于對器件失效模型的認(rèn)識，通過概率與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，首先對系統(tǒng)建立可靠性數(shù)學(xué)模型，然后評估其平均無故障時(shí)間（MTBF）、平均恢復(fù)前時(shí)間（MTTR）等指標(biāo)。參照的方法很多來源于美國軍用手冊MIL-HDBK-217。但是，這些方法在實(shí)際應(yīng)用中有非常大的局限性，存在估算數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，參考意義不足等諸多問題[2-3]。
有一些人認(rèn)為，這些方法估計(jì)不準(zhǔn)確的主要原因是在于手冊制訂時(shí)間過早，電子工業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，手冊不符合實(shí)際的情況，有一些通過經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行修正盡量使得估計(jì)準(zhǔn)確。但是仍然有很多因素使得估算不能準(zhǔn)確進(jìn)行：一個(gè)主要因素是失效模型受到諸多外界因素的影響，故障往往都不是模型中考慮的，多為過應(yīng)力使用、非設(shè)計(jì)場景的惡劣環(huán)境等，無法在模型里考慮充分；另外一個(gè)主要因素是系統(tǒng)模型異常復(fù)雜，實(shí)際的分析不可行。
以目前通信基站系統(tǒng)來看，一個(gè)系統(tǒng)中存在若干個(gè)單板，有一些故障模式并不能完全用串聯(lián)或者并聯(lián)描述，存在關(guān)聯(lián)性。每個(gè)單板中可能存在超過100～200種、數(shù)千個(gè)物料，存在多種失效模式。失效模式、失效模式對應(yīng)的器件范圍，甚至一種失效模式在不同的情況下對系統(tǒng)的影響均不相同。這樣，使得可靠性預(yù)計(jì)更加困難，難以有效實(shí)施。而且，隨著IT化和商用貨架產(chǎn)品（COTS）的廣泛使用，可靠性分析對設(shè)計(jì)的指導(dǎo)作用更加有限。從設(shè)備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)實(shí)際的經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為，主要的設(shè)備故障和異常往往來自于環(huán)境等外部不可控因素影響，而不是部件自身老化或者偶發(fā)失效，這也使得可靠性預(yù)計(jì)的準(zhǔn)確度大大降低。
有一些更激進(jìn)的觀點(diǎn)認(rèn)為，可靠性預(yù)計(jì)已經(jīng)變成數(shù)字游戲，對產(chǎn)品的質(zhì)量和設(shè)計(jì)沒有指導(dǎo)意義。能夠保證設(shè)計(jì)系統(tǒng)可靠的是可靠性增長試驗(yàn)和失效物理（可靠性篩選和監(jiān)控屬于控制范疇，本文不討論）。
失效物理通過研究某一種因素對部件的影響，分析部件會(huì)在何時(shí)、何處、何種原因，發(fā)生何種類型的失效。通過研究擴(kuò)散、相變、腐蝕、應(yīng)力、靜電泄放等物理化學(xué)過程對器件的影響，來分析器件可能產(chǎn)生的問題。失效物理的分析為進(jìn)一步的改進(jìn)和增加可靠性提供了很好的基礎(chǔ)（分析的例子如圖2所示）。
目前可靠性增長試驗(yàn)中，應(yīng)用較為廣泛的包括四角測試、強(qiáng)加速壽命試驗(yàn)（HALT）等，還包括鹽霧、灰塵、濕塵、振動(dòng)、滲漏等。這些試驗(yàn)有意無意地采用失效物理分析的一些因素，例如HALT實(shí)際上考慮的是高低溫應(yīng)力、高低溫循環(huán)帶來的應(yīng)力、疊加強(qiáng)振動(dòng)等，來尋找系統(tǒng)設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)；鹽霧考慮的是腐蝕的問題；振動(dòng)主要評估結(jié)構(gòu)在應(yīng)力下的表現(xiàn)。因?yàn)樵O(shè)備壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于試驗(yàn)所能夠接受的周期，在可靠性試驗(yàn)設(shè)計(jì)中，常常也采用加速的方法，加大應(yīng)力（電壓、溫度、濕度、溫變速率等），增加樣本數(shù)量，來評估系統(tǒng)實(shí)際工作中的壽命。圖3就是室內(nèi)無線基站設(shè)備的加強(qiáng)灰塵試驗(yàn)，評估極端灰塵環(huán)境對設(shè)備連接可靠性和散熱的影響。這些試驗(yàn)對改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高實(shí)際應(yīng)用的可靠性起到了很大的作用，也是設(shè)計(jì)中保證設(shè)計(jì)指標(biāo)的必要手段。但是為了控制分析的復(fù)雜度，試驗(yàn)剖面設(shè)計(jì)一般只針對某一類應(yīng)力、機(jī)理或者失效模式，和現(xiàn)場應(yīng)用的復(fù)雜環(huán)境有所區(qū)別。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，要綜合考慮可靠性方法、電路設(shè)計(jì)方法、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)方法等，結(jié)合降低CAPEX和OPEX的要求，確保設(shè)備的可用性。
2 設(shè)備常面臨的環(huán)境問題
設(shè)備工作的環(huán)境情況非常復(fù)雜。北大西洋公約組織將全球的氣候根據(jù)溫度和濕度作了劃分，作為設(shè)計(jì)指導(dǎo)的依據(jù)[4]。溫度和濕度對設(shè)備存在一定的影響，但是設(shè)備的工作和更多的環(huán)境因素、人為操作因素相關(guān)聯(lián)。美國軍用標(biāo)準(zhǔn)MIL-HDBK-338B第7部分，對環(huán)境因素和對設(shè)備的影響進(jìn)行了一些描述，但是也沒有給出設(shè)計(jì)指導(dǎo)意見[5]。
因?yàn)榄h(huán)境對設(shè)備的影響相互關(guān)聯(lián)，很難獨(dú)立的進(jìn)行分析。本文盡量將關(guān)聯(lián)的因素進(jìn)行歸類，分析對設(shè)備帶來的影響以及設(shè)計(jì)應(yīng)用中需要進(jìn)行的考慮。
2.1 散熱及相關(guān)
溫度對設(shè)備有很多方面的影響，與散熱相關(guān)的設(shè)計(jì)是設(shè)備最關(guān)注的方向之一，并且和包括灰塵等方向相關(guān)聯(lián)。
從可靠性角度來看，溫度影響著器件內(nèi)粒子的擴(kuò)散速度，過高的溫度會(huì)加速遷移的速率，最終導(dǎo)致器件的失效。同時(shí)，溫度還會(huì)加速腐蝕的進(jìn)行。溫度的晝夜、季節(jié)變化導(dǎo)致設(shè)備各個(gè)部件的熱脹冷縮。熱脹冷縮率的不同，對器件封裝、組裝等各個(gè)環(huán)節(jié)產(chǎn)生循環(huán)的應(yīng)力。溫度對設(shè)備壽命的影響在可靠性分析中已經(jīng)有很多的研究，一般認(rèn)為，溫度每升高10度，設(shè)備的壽命縮短為原來一半。
從可靠性預(yù)計(jì)角度來看，為了延長設(shè)備壽命，應(yīng)該使設(shè)備保持較低的溫升。實(shí)際上，為了滿足日益增長的處理復(fù)雜度需要，設(shè)備的集成度持續(xù)提升，設(shè)備比以往要耗散更多的電力。要把這些熱散出去，需要增加設(shè)備的體積，或者增加設(shè)備的風(fēng)流量，增加輔助的散熱設(shè)施。這些措施的采用，直接抬高了CAPEX；降低設(shè)備溫度，還意味著風(fēng)扇/空調(diào)的轉(zhuǎn)速更高，作為運(yùn)動(dòng)部件的風(fēng)扇，比電子零部件更容易失效，這也就意味著降低溫度實(shí)際使得設(shè)備更容易失效；更大的風(fēng)流量，也意味著防塵網(wǎng)需要更頻繁的清洗，增加了人力維護(hù)成本；更大的風(fēng)流量，還意味著更多的耗電、更大的噪音。作為設(shè)計(jì)折中，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，比較傾向于讓器件的工作溫度在保證降額的情況下，貼近高溫區(qū)，減少散熱帶來的電費(fèi)增加以及風(fēng)扇磨損、噪音等相關(guān)問題。不但如此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中讓設(shè)備工作溫度靠近高溫區(qū)，還可以降低設(shè)備內(nèi)濕度。但是，貼近高溫區(qū)，也可能使半導(dǎo)體器件漏電導(dǎo)致設(shè)備消耗更多能量，需要平衡各因素進(jìn)行考慮。
一般設(shè)備設(shè)計(jì)上已經(jīng)考慮使得零部件在設(shè)計(jì)壽命內(nèi)工作處于浴盆曲線的底部，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)工作時(shí)溫度并不是設(shè)備發(fā)生故障的主要原因。設(shè)備損壞主要的原因常常來自于一些不可控制因素，使得工作環(huán)境超過設(shè)計(jì)能夠支持的極限溫度。從功能性能角度來看，溫度會(huì)影響數(shù)字邏輯器件的工作頻率，使得設(shè)計(jì)裕度被打破而導(dǎo)致功能異常；有的器件，例如恒溫晶體振蕩器（OCXO）內(nèi)部具有加熱恒溫槽，在外部溫度低于內(nèi)部溫度下才能起到恒溫的作用，當(dāng)溫度范圍超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，時(shí)鐘保持性能可能受到嚴(yán)重影響。這些都還是可恢復(fù)的異常。在更惡劣的情況下，芯片的漏電流隨著溫度升高以指數(shù)方式增大，在額定溫度點(diǎn)附近功耗隨溫度快速增加，反過來帶動(dòng)芯片的溫度進(jìn)一步增加而導(dǎo)致熱失效；高溫下焊點(diǎn)、機(jī)械結(jié)構(gòu)可能由于蠕變而失去強(qiáng)度；PCB板可能發(fā)生碳化、分層等失效[6]。
設(shè)備設(shè)計(jì)上更關(guān)注的是如何使得這些外部的異常更不容易發(fā)生，異常發(fā)生的時(shí)候系統(tǒng)如何自動(dòng)保護(hù)，同時(shí)兼顧越來越精細(xì)的OPEX優(yōu)化考慮。第一，對工作的環(huán)境提出了更明確的要求，根據(jù)實(shí)際的氣候、業(yè)務(wù)模型等條件，把設(shè)備的工作環(huán)境作為一個(gè)系統(tǒng)來進(jìn)行指標(biāo)分配設(shè)計(jì)及綜合成本評估，而不是只關(guān)注設(shè)備本身；第二，當(dāng)服務(wù)質(zhì)量許可的情況下，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)，系統(tǒng)通過自動(dòng)降低負(fù)荷，甚至局部斷電的方式進(jìn)行自我保護(hù)，在異常解除時(shí)恢復(fù)工作，增強(qiáng)實(shí)際的可用性和可靠性。
隨著多年的擴(kuò)容、2G向3G換代以及多網(wǎng)多制式的共存，單個(gè)站點(diǎn)的容量密度也遠(yuǎn)高于過去。沒有重新設(shè)計(jì)的機(jī)房或方艙，可能對設(shè)備的工作環(huán)境帶來較大的影響。文獻(xiàn)[7]給出了機(jī)房換氣設(shè)計(jì)的要求。如果機(jī)房達(dá)不到要求，則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備過溫。在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)榭照{(diào)設(shè)備被盜、損壞，通風(fēng)裝置損壞或者過濾網(wǎng)被堵塞等情況經(jīng)常出現(xiàn)。有的站點(diǎn)建設(shè)時(shí)間較早，容量很低，經(jīng)過長期運(yùn)行通風(fēng)設(shè)施存在問題。存在問題的設(shè)施如圖4所示。當(dāng)進(jìn)行更換擴(kuò)容后，這樣的站點(diǎn)經(jīng)常頻繁出現(xiàn)高溫告警。
設(shè)備散熱設(shè)計(jì)通過仿真、測試驗(yàn)證的方法在行業(yè)內(nèi)已經(jīng)廣泛使用。通信設(shè)備內(nèi)部相對環(huán)境均存在一定的溫升，基本不存在除設(shè)備本身發(fā)熱之外的其他熱負(fù)荷，所產(chǎn)生的熱量基本屬于顯熱，主要通過強(qiáng)制對流進(jìn)行散熱，這樣使得我們在考慮散熱的計(jì)算時(shí)候相對較為簡單。在保持對流空氣溫升一定的情況下，單位功耗需要的空氣流量是一定的。這個(gè)是設(shè)備設(shè)計(jì)的物理限制，無法突破。散熱需要的空氣體積可用如下公式計(jì)算：L = Qs/（Cp×ρ×ΔT），其中L為空氣的體積，Qs為顯熱，Cp為空氣的平均比定壓熱容，在設(shè)備的工作范圍內(nèi)，可以認(rèn)為是一個(gè)常量，ρ為空氣的比重。假設(shè)設(shè)備設(shè)計(jì)最高工作環(huán)境溫度為55℃，允許出風(fēng)口空氣溫度為65℃，溫升10℃，系統(tǒng)熱負(fù)荷為700 W，則系統(tǒng)一個(gè)小時(shí)需要的風(fēng)量約為200 m2。
這只是一個(gè)指導(dǎo)性的結(jié)果，不能替代系統(tǒng)內(nèi)部的熱設(shè)計(jì)，但是綜合考慮設(shè)備風(fēng)速、通風(fēng)口面積等設(shè)計(jì)，如果不能達(dá)到這樣的風(fēng)量，則只能降低設(shè)備的熱負(fù)荷，增加允許的系統(tǒng)溫升，或者采用其他補(bǔ)充的散熱方式來滿足散熱要求。
在高海拔區(qū)域，因?yàn)闅鈮合陆担L(fēng)冷的效果會(huì)受到進(jìn)一步的影響。但是高原地區(qū)一般也不會(huì)出現(xiàn)高溫等環(huán)境，設(shè)備的散熱環(huán)境并不會(huì)將最差因素疊加。在整個(gè)熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)實(shí)際情況，做出成本優(yōu)化又能保證可靠性的設(shè)計(jì)。
綜上所述，散熱的設(shè)計(jì)不僅僅涉及到器件的可靠性，而是要考慮整個(gè)系統(tǒng)的工作模式以及降低CAPEX、OPEX的需求，結(jié)合設(shè)備外運(yùn)行環(huán)境如噪聲要求等協(xié)同解決，在各種相互矛盾的限定因素中平衡優(yōu)化。在空間受限、集成密度高、空間局限的情況下，噪聲和風(fēng)扇的耗電相對就會(huì)較大，如果希望低噪音，就需要加大通風(fēng)口的面積，降低風(fēng)速，或者控制設(shè)備內(nèi)處理功耗，降低集成密度。對于環(huán)境溫度很高，甚至考慮采用壓縮機(jī)等制冷設(shè)備散熱，但是也可能會(huì)帶來更高的能耗和噪音，同時(shí)壓縮機(jī)熱端同樣也需要考慮如何散熱。
2.2 灰塵、油煙
灰塵、油煙對設(shè)備最主要的影響體現(xiàn)在散熱上。灰塵會(huì)堵塞防塵網(wǎng)或空氣過濾設(shè)備，附著在散熱器上的灰塵，還會(huì)直接影響器件散熱。灰塵還會(huì)帶來其他一些影響，例如在連接器上堆積的灰塵，可能影響到新插入組件的連接可靠性。一般情況下，連接器設(shè)計(jì)的滑動(dòng)行程和摩擦力已經(jīng)考慮了插入過程推開灰塵，但是偶發(fā)的大顆粒灰塵堆積存在隱患。中興通訊軟基站設(shè)備采用了連接器保護(hù)一體式假單板設(shè)計(jì)，經(jīng)過多種試驗(yàn)分析，能夠有效防止這樣的問題發(fā)生，同時(shí)還兼顧平衡風(fēng)阻的作用。
根據(jù)中國大氣監(jiān)測的情況，很多城市地區(qū)總懸浮顆粒物（TSP）平均保持在2級，即0.2 mg/m3的水平上[8-10]。新聞報(bào)道顯示在2006年4月沙塵暴天氣下，北京TSP達(dá)到0.35 mg/m3，峰值達(dá)到2 mg/m3。按照多地區(qū)平均水平0.2 mg/m3來算，根據(jù)上面散熱能力的計(jì)算，700 W系統(tǒng)散熱每小時(shí)氣流中所包含的顆粒物約為0.04 g，每年通過系統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的懸浮顆粒物約為350 g。如果對空氣過濾，這些灰塵會(huì)使得系統(tǒng)的維護(hù)周期大大縮短，維護(hù)工作量以及OPEX上升。實(shí)際上，如果不過濾，大部分顆粒物會(huì)直接穿過系統(tǒng)，只有一小部分會(huì)在系統(tǒng)內(nèi)，主要在氣流受到阻礙的區(qū)域堆積，例如連接器。大量的分析認(rèn)為，這樣的顆粒灰塵對系統(tǒng)可靠性的影響并不大，系統(tǒng)防塵設(shè)計(jì)上，應(yīng)該讓這樣的灰塵無障礙的穿過系統(tǒng)。
在多個(gè)現(xiàn)場采集的灰塵分析中，很多灰塵呈現(xiàn)絮狀、纖維狀，來源可能是植物（如楊樹、柳樹飄絮）、摩擦脫落的衣物纖維、植物焚燒產(chǎn)生的飄浮物等，這些纖維狀灰塵吸附在空氣過濾設(shè)備上，積累后就會(huì)增加系統(tǒng)風(fēng)阻，影響系統(tǒng)散熱，同時(shí)，隨著空氣過濾系統(tǒng)的網(wǎng)孔堵塞，更小顆粒的灰塵會(huì)被過濾，系統(tǒng)堵塞速度變快。因?yàn)闅饬髂Σ廉a(chǎn)生靜電的關(guān)系，絮狀及顆粒狀灰塵也會(huì)吸附在包括風(fēng)扇扇葉、單板上，部分影響到系統(tǒng)的散熱（如圖5、圖6所示）。在這種環(huán)境條件下，要通過過濾、隔離等手段，盡量避免灰塵進(jìn)入設(shè)備，在防護(hù)設(shè)施上，也需要考慮增加通風(fēng)面積、定期除塵等方式，保證整個(gè)環(huán)境的散熱通暢。
灰塵中存在的鹽類會(huì)吸收空氣中的水分引起腐蝕。如果現(xiàn)場存在高濕度、甚至油煙，如老式建筑居民樓道、地下車庫、農(nóng)村民房等，灰塵會(huì)更容易黏附在設(shè)備上。在個(gè)別地方，甚至出現(xiàn)過設(shè)備防水百葉窗開口以及通風(fēng)孔全部被灰塵及油煙混和物堵塞的現(xiàn)象。在這種場合下，往往結(jié)合腐蝕危害，需要整體考慮，采用例如熱交換器柜等防護(hù)設(shè)備，在存在難以清理的油煙等環(huán)境條件下，應(yīng)盡量避免安裝設(shè)備，如不得不安裝，應(yīng)盡量采用密閉型的自然散熱設(shè)備。
工業(yè)上對灰塵的處理有很多經(jīng)驗(yàn)，包括慣性除塵、噴淋、過濾、靜電吸附等多種方式得到應(yīng)用[11]。對于通信設(shè)備，灰塵沒有工業(yè)環(huán)境惡劣，而能夠提供的動(dòng)力、空間都非常有限；設(shè)備分散安裝在各個(gè)站點(diǎn)，維護(hù)周期長甚至希望能夠免維護(hù)，同時(shí)不允許出現(xiàn)高噪音、強(qiáng)烈振動(dòng)。可以采用的主要就是慣性除塵、過濾等方法，減少一部分進(jìn)入設(shè)備的灰塵。
從上面的分析可以看出，對于系統(tǒng)的防塵設(shè)計(jì)，也需要結(jié)合實(shí)際環(huán)境因素以及降低CAPEX和OPEX的需求。對很多室內(nèi)應(yīng)用，可以允許灰塵直接進(jìn)入和穿過設(shè)備，減少維護(hù)開銷；對于部分惡劣環(huán)境，考慮增加過濾裝置，但需要考慮裝置的容塵能力以及維護(hù)開銷；對于部分運(yùn)營商愿意進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，不希望灰塵進(jìn)入設(shè)備的，可以使用防塵網(wǎng)；對于存在腐蝕性物質(zhì)等的環(huán)境，要考慮采用內(nèi)外環(huán)境隔離的設(shè)備。
2.3 濕度和腐蝕
從功能和性能角度，濕度和溫度一起影響到空氣和板材的介電常數(shù)，有可能減少高速設(shè)計(jì)的裕度，引發(fā)設(shè)備誤碼率增加等異常。從設(shè)備可靠性來看，濕度會(huì)加速腐蝕的發(fā)生，使得灰塵、有害氣體等對設(shè)備的損害加劇。對于部分工藝不良的器件，空氣中的水汽可能帶來破壞性的后果。例如當(dāng)半導(dǎo)體芯片鈍化層不良時(shí)，在潮濕空氣中可能發(fā)生內(nèi)部分層，通過非偏置的高度加速應(yīng)力測試（uHAST）試驗(yàn)可以識別此類工藝缺陷；密封不良的電阻器可能因?yàn)榭諝庵泻颍l(fā)生硫化而損壞，需要通過選型規(guī)避。
一般認(rèn)為，金屬在潔凈大氣中，在相對濕度小于60%～70%的干燥大氣中，發(fā)生腐蝕的速度非常慢，當(dāng)相對濕度大于60%～70%時(shí)，腐蝕速度大大加快。如果空氣中存在H2S、SO2等氣體時(shí)，腐蝕速度也會(huì)加快。臨界濕度隨著空氣成分、金屬成分不同而有差異，積塵中的粒子也會(huì)增加吸附而導(dǎo)致腐蝕速度增加。但是總體上可以認(rèn)為，通過控制使相對濕度小于60%，可以防止大部分大氣腐蝕的發(fā)生[12]。
控制濕度的一個(gè)重要手段就是控制溫度。設(shè)備中空氣被加熱時(shí)主要是顯熱增加，飽和水氣壓增大，絕對水氣壓并沒有變化，導(dǎo)致空氣的相對濕度降低。假設(shè)設(shè)備入口處的空氣濕度接近飽和，設(shè)備內(nèi)空氣溫升達(dá)到10度左右，即可以使得空氣相對濕度降低到60%以下，避免腐蝕的發(fā)生。這個(gè)方法存在局限性：第一，為了保證低濕度，對空氣進(jìn)行加熱，使得設(shè)備工作的溫度升高，對于需要高溫運(yùn)行的設(shè)備，相當(dāng)于惡化了設(shè)備的工作溫度環(huán)境；第二，空氣在設(shè)備中是逐漸被加熱的，在進(jìn)風(fēng)口附近，濕度較高，灰塵堆積也較多，更容易發(fā)生腐蝕。
因?yàn)樯鲜鲈颍话阏J(rèn)為，大部分單板上因?yàn)樽詿釡厣梢哉J(rèn)為正常環(huán)境腐蝕發(fā)生很慢。通過濕塵試驗(yàn)也可以對設(shè)備的自身對灰塵、濕度、鹽分的抵抗能力進(jìn)行預(yù)評估。對于腐蝕更容易發(fā)生的位置，如風(fēng)扇、設(shè)備進(jìn)風(fēng)口等部件，要考慮防護(hù)。當(dāng)環(huán)境十分惡劣時(shí)，需要考慮增加隔離等防護(hù)措施。對于維護(hù)要求低的部件，可考慮三防工藝，但是三防工藝會(huì)增加成本，加長加工周期，影響維修，噴涂還會(huì)增加對環(huán)境的污染。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，化工廠、港口、地下車庫等，濕度很大，存在大量有害氣體或鹽霧，甚至機(jī)房環(huán)境在蓄電池使用不當(dāng)?shù)那闆r下，也會(huì)出現(xiàn)漏酸等情況，對機(jī)房內(nèi)設(shè)備帶來危害（如圖7所示）。無防護(hù)的設(shè)備的腐蝕尤易發(fā)生在通風(fēng)部件，對腐蝕的部件進(jìn)行成分分析顯示，腐蝕物主要的成分為硫和氯（如圖8所示）。
目前的基站設(shè)計(jì)電路組裝密度很高，中興通訊軟基站室外產(chǎn)品一般都采用純自然散熱或者熱交換器柜，避免直通風(fēng)場景。雖然直通風(fēng)或者透氣過濾膜能夠降低設(shè)備成本，但是灰塵堵塞（透氣膜產(chǎn)品）、對進(jìn)氣預(yù)加熱以降低濕度的設(shè)計(jì)降低了散熱能力，加之有害氣體、灰塵、鹽霧直接進(jìn)入設(shè)備等問題，降低了產(chǎn)品的適用范圍。對于環(huán)境潔凈、抗腐蝕能力強(qiáng)、成本敏感，或者內(nèi)部有蓄電池的設(shè)備，可考慮使用直通風(fēng)設(shè)備。
2.4 其他問題
設(shè)備及相關(guān)配件在長期工作中，還會(huì)面臨各種其他問題，例如雷擊、水浸（水滴）、日曬、人為因素等等。
在夏季，雷擊和水浸的問題相對較多。光纜加強(qiáng)筋、動(dòng)力線引雷，加上有的機(jī)房接地裝置安裝不良甚至被竊，導(dǎo)致設(shè)備接地不良，可能使設(shè)備造成雷擊傷害。設(shè)備工作環(huán)境的控制是一方面，另一方面室內(nèi)設(shè)備的一些防護(hù)指標(biāo)，按照標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)場的實(shí)際要求，實(shí)際控制要在標(biāo)準(zhǔn)上有所提升，但是又不需要達(dá)到室外的防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，形成對實(shí)際工作環(huán)境理解后的設(shè)計(jì)要求。設(shè)備設(shè)計(jì)上也往往會(huì)根據(jù)使用的經(jīng)驗(yàn)，做高于標(biāo)準(zhǔn)要求的設(shè)計(jì)。
有的機(jī)房存在滲漏滴水，在6—7月雨季，雨水從機(jī)房屋頂滲漏，進(jìn)入室內(nèi)設(shè)備并可能在設(shè)備內(nèi)部形成局部積累，造成短路，設(shè)備設(shè)計(jì)上要盡量做到防滴，但是這樣又可能增加設(shè)備尺寸、并對上下直通風(fēng)道等熱設(shè)計(jì)方式帶來影響。
室外安裝設(shè)備長期暴露在日光下，日曬會(huì)為帶來設(shè)備額外的熱負(fù)荷，需要使用遮陽棚/罩等方法避免日光直曬；日光照射導(dǎo)致的冷熱循環(huán)盈利，以及紫外線對漆面分解，可能使得漆皮老化剝裂，塑膠套管脆化。
這些因素和設(shè)備相關(guān)，但很多已經(jīng)不屬于設(shè)備設(shè)計(jì)解決的范圍，需要從多方面分析和解決。運(yùn)營商和施工單位在進(jìn)行機(jī)房設(shè)計(jì)建設(shè)的時(shí)候，需要考慮實(shí)際應(yīng)用的不確定因素，控制施工質(zhì)量，根據(jù)實(shí)際環(huán)境需要進(jìn)行合理的輔料選材，為設(shè)備提供接近于設(shè)計(jì)指標(biāo)的工作環(huán)境。綜合設(shè)備異常損壞維修以及業(yè)務(wù)中斷的成本，而不是一味的考慮材料成本，進(jìn)行成本優(yōu)化的工程設(shè)計(jì)與施工。
3 結(jié)束語
綜上所述，通信設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，在可靠性物理的基礎(chǔ)上，涉及到材料學(xué)、熱力學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多專業(yè)配合，需要結(jié)合很多實(shí)際工程環(huán)境和設(shè)備工作場景研究的經(jīng)驗(yàn)，綜合考慮運(yùn)營商降低CAPEX和OPEX的需求，在一系列相互沖突的限定條件之中進(jìn)行優(yōu)化平衡。同時(shí)，通信設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，在日益復(fù)雜的應(yīng)用場景面前，無法只考慮設(shè)備自身，而是對環(huán)境也需要提出精細(xì)的要求，研究設(shè)備和環(huán)境的交互作用，通過設(shè)備制造商與運(yùn)營商的共同配合與努力，確保整體方案的優(yōu)化和可靠。
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作者簡介
郭丹旦，北京理工大學(xué)碩士畢業(yè)；中興通訊股份有限公司系統(tǒng)架構(gòu)師，從事無線通信軟基站BBU硬件架構(gòu)設(shè)計(jì)工作。
一、3G通信
3G通信技術(shù)的出現(xiàn)推動(dòng)了煤礦無線通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，因?yàn)樗M(jìn)一步的提高了數(shù)字傳輸功能，對于煤礦之前所使用的無線通信系統(tǒng)而言，3G無線通信技術(shù)所覆蓋的業(yè)務(wù)范圍更廣闊。目前，煤礦使用的3G無線通信系統(tǒng)在覆蓋結(jié)構(gòu)上可以分為分布基站和微微蜂窩。所以，煤礦使用的3G無線通信系統(tǒng)可以通過接口與礦井調(diào)度電話、行政電話互相通話，具有組呼、群呼等功能，其中也包括進(jìn)行可視電話的通信。3G通信系統(tǒng)不僅有先進(jìn)的技術(shù)與完備的功能，而且還有巨大的產(chǎn)業(yè)鏈，具體表現(xiàn)在：職場的商家較多；技術(shù)與產(chǎn)品可靠；產(chǎn)品較多，可對其轉(zhuǎn)化為煤礦使用；有明確的發(fā)展方向；得到了政府的支持。即使3G無線通信功能強(qiáng)大，但是在無線數(shù)字寬帶上有一定的局限性，對于工業(yè)電視而言，它是需要高寬帶的系統(tǒng)，因此在設(shè)備集控與瓦斯監(jiān)測方面得不到滿足，3G也就不能替代wifi無線通信的能力。
二、無線通信技術(shù)的特點(diǎn)
為了改變前期煤礦通信系統(tǒng)的不足，現(xiàn)階段國家提倡全程實(shí)現(xiàn)無線通信系統(tǒng)，利用無線通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煤礦信號的穩(wěn)定傳輸。從使用無線通信的情況來看，煤礦使用無線通信技術(shù)的特點(diǎn)包括以下兩個(gè)方面：1、高效。信號傳輸?shù)男瘦^低是煤礦通信的常見問題，因?yàn)槊旱V井下的復(fù)雜環(huán)境干擾了通信信號的傳輸效率，引起傳輸效率較慢。使用無線通信系統(tǒng)后，煤礦的內(nèi)部信號傳輸就會(huì)得到全面的提升，信號的傳遞速率就會(huì)加快[2]。2、穩(wěn)定。無線通信系統(tǒng)能記錄煤礦的調(diào)度指揮過程的語音信息，是煤礦調(diào)度指揮的主要設(shè)備。無線通信所記錄的語音信息，可以作為監(jiān)督調(diào)度、事故發(fā)生分析的依據(jù)，因此無線通信系統(tǒng)具有穩(wěn)定性。目前的無線通信系統(tǒng)都具有該特點(diǎn)，對于外界的干擾可選擇最優(yōu)的線路傳輸，增強(qiáng)了信號的穩(wěn)定性。
三、發(fā)展
3.1構(gòu)建設(shè)計(jì)煤礦的無線通信系統(tǒng)構(gòu)建礦井高速光網(wǎng)絡(luò)干線上的子系統(tǒng)，是為了不受煤礦井下復(fù)雜環(huán)境和無線傳輸特性的局限,這種構(gòu)建設(shè)計(jì)具有優(yōu)化組合的特點(diǎn)，但要對新煤礦和老煤礦的通信系統(tǒng)的構(gòu)建設(shè)計(jì)進(jìn)行區(qū)別對待，在此基礎(chǔ)上本著技術(shù)改造、充分利用的原則，在技術(shù)、投資等方面找到最優(yōu)的解決方法。線路負(fù)載、高壓耦合等因素造成載頻通信的不穩(wěn)定，為了此問題的發(fā)生，該系統(tǒng)編程無線數(shù)據(jù)的耦合通道。因?yàn)樽钤绲臒o線通信系統(tǒng)是泄露通信系統(tǒng),因此，它沒有任何的通信功能優(yōu)勢，但是泄露電纜的技術(shù)是成為無線通信系統(tǒng)的主要組成，尤其是在煤礦下的小面積通道及在一些特殊的環(huán)境下，可以作為天線使用，有著極大的影響。可以通過PHS(小靈通）、CDMA（碼分多址）、WIFI（無線保真）這三種無線通信系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行比較，如表1所示：3.2方向隨著社會(huì)的進(jìn)步，我國的煤炭信息化水平逐漸完善，煤礦無線通信技術(shù)的使用也在不斷的提高。從小靈通技術(shù)，無線保真技術(shù)到現(xiàn)在的3G與4G技術(shù)。將來的煤礦無線通信系統(tǒng)中，語音通信必須是具有較高的質(zhì)量，但這只是煤礦信息化處理的一方面。隨著4G信號的到來，井下視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、信息、視頻會(huì)議等都會(huì)出現(xiàn)在無線通信系統(tǒng)平臺上。4G技術(shù)的發(fā)展為將來的煤礦無線通信系統(tǒng)做出了巨大的貢獻(xiàn)，將是煤礦未來信息化的重要平臺。此外，將來的無線保真通信系統(tǒng)會(huì)與無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合,使無線傳輸速率達(dá)到128Mbps以上，無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)是使用正交頻分復(fù)用調(diào)制的技術(shù)與多入多出的技術(shù)，構(gòu)成MIMO-OFDM通信系統(tǒng)；天線與無線電等技術(shù)，可以在一定程度上提升無線保真的性能；天線與傳輸系統(tǒng)的改進(jìn)會(huì)加大無線通信系統(tǒng)的傳輸距離[3]。
四、結(jié)語
煤礦通信技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，為煤礦的生產(chǎn)提供了很多的方便與好處。煤礦通信系統(tǒng)在未來的發(fā)展中，傳輸能力會(huì)更強(qiáng)、覆蓋范圍會(huì)更廣、使用功能更多。目前使用3G無線的用戶較多，雖然其通信功能強(qiáng)大，但是在無線數(shù)字寬帶上有一定的局限性，對于工業(yè)電視而言，它是需要高寬帶的系統(tǒng)，因此在設(shè)備集控與瓦斯監(jiān)測方面得不到滿足，3G也就不能替代wifi無線通信的能力。
作者：張?jiān)銎?/p>
關(guān)鍵詞：無線通信；優(yōu)點(diǎn)；數(shù)據(jù)傳輸；安全措施
中圖分類號：E965 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積拓寬之后，無線通信網(wǎng)服務(wù)面域也不斷地?cái)U(kuò)大，但同樣承受著相應(yīng)的傳輸風(fēng)險(xiǎn)。通行運(yùn)營商需強(qiáng)化無線通信系統(tǒng)的安全改造力度，為信息交換及傳輸工作創(chuàng)造穩(wěn)定的環(huán)境。這就需要依據(jù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w風(fēng)險(xiǎn)，提出切實(shí)可行的安全防御決策。
一、無線通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
傳統(tǒng)通信系統(tǒng)使用較長時(shí)間后發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)有線通信存在著明顯的弊端，如：距離短、成本高、信號差等，無法適應(yīng)大流量數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)囊蟆o線通信是對有線通信的更新升級，具有明顯的功能優(yōu)點(diǎn)。有線通信僅適用于小范圍的信息傳遞，遇到大范圍信息交換便會(huì)出現(xiàn)信號不良、信息丟失等問題。無線通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍可達(dá)幾十公里，滿足了大范圍信息傳輸?shù)墓ぷ饕骩1]。如：遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)是基于無線通信網(wǎng)絡(luò)建立的新型服務(wù)模式，借助通信網(wǎng)絡(luò)建立現(xiàn)代化數(shù)據(jù)傳輸體系，解決了用戶在遠(yuǎn)端處感應(yīng)數(shù)據(jù)信號的難題。伴隨著時(shí)間的推移，無線通信系統(tǒng)將逐漸取代舊式的信息傳遞模式。
二、無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩L(fēng)險(xiǎn)
通信已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢扇鄙俚囊徊糠郑柚鷶?shù)據(jù)通信平臺實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)信號的穩(wěn)定傳輸。受到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件的顯著，現(xiàn)代通信模式多數(shù)采用無線通信的模式，基本可以解決簡單的數(shù)據(jù)傳輸要求。由于無線通信用戶數(shù)量持續(xù)增加，對通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸造成了一定的風(fēng)險(xiǎn)，若不技術(shù)處理將會(huì)影響到信息交換的安全性。
1、信號風(fēng)險(xiǎn)。信號是由計(jì)算機(jī)服務(wù)器處理后的信息代碼，用其作為無線通信網(wǎng)傳輸介質(zhì)可起到較好的安全作用。無線通信系統(tǒng)服務(wù)范圍面域較廣，某個(gè)服務(wù)區(qū)內(nèi)的用戶數(shù)量可達(dá)數(shù)百萬，超大流量信息傳遞易導(dǎo)致嚴(yán)重的信號感應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)[2]。例如，發(fā)射端與接收端距離相差數(shù)十公里，信號在傳輸過程中呈現(xiàn)“遞減”趨勢，基站無法感應(yīng)信號而造成了傳輸中斷的局面，這顯然不利于用戶信息的高效傳遞。
2、竊取風(fēng)險(xiǎn)。從小范圍無線通信傳輸來說，信息在傳遞環(huán)節(jié)里也存在著較大的竊取風(fēng)險(xiǎn)，特別是商業(yè)信息傳輸常遭到非法人員的竊聽、竊取。以語音信號傳輸為例，企業(yè)傳輸語音信息時(shí)未經(jīng)過加密處理，實(shí)際傳輸環(huán)節(jié)可利用代碼破解的方式獲得信息，使大量機(jī)密性的商業(yè)信息被竊取，給商業(yè)經(jīng)營帶來了巨大的風(fēng)險(xiǎn)隱患。此外，數(shù)據(jù)信息傳輸時(shí)也面臨著多方面的安全威脅，一些人為破壞也有可能造成信息的丟失。
3、干擾風(fēng)險(xiǎn)。從本質(zhì)上來說，無線通信系統(tǒng)是借助電磁波介質(zhì)完成的傳輸動(dòng)作。受到外在環(huán)境變化的作用，電磁波信號傳輸時(shí)會(huì)受到諧波干擾，這種干擾現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致信息傳遞的強(qiáng)度減弱，信號傳輸流程變得更加混亂，進(jìn)而影響了數(shù)據(jù)信息的安全系數(shù)。比較常見的，當(dāng)電磁波傳輸至磁場較強(qiáng)的地方，磁場效應(yīng)會(huì)沖擊著電磁波的正常秩序，降低了整個(gè)信號傳輸流程的運(yùn)作效率，不利于數(shù)據(jù)傳輸?shù)某掷m(xù)性。
三、數(shù)據(jù)傳輸安全防御的綜合措施
經(jīng)過一段時(shí)間的推廣使用，無線通信系統(tǒng)基本上取代了有線通信傳輸?shù)淖鳂I(yè)流程，從多個(gè)方面改善了信息傳輸?shù)倪\(yùn)行效率。無線通信具有明顯的高效率特點(diǎn)，如：數(shù)據(jù)處理速度快，節(jié)約了信息傳輸前的操作時(shí)間，方便用戶傳輸?shù)耐瑫r(shí)，帶動(dòng)了數(shù)據(jù)傳輸效率的提高。針對無線通信系統(tǒng)存在的傳輸風(fēng)險(xiǎn)，筆者認(rèn)為，應(yīng)完善無線通信的傳輸方法、傳輸線路、傳輸服務(wù)等三個(gè)核心方面，共同創(chuàng)造穩(wěn)定有序的數(shù)據(jù)傳輸流程。
1、傳輸方法
新時(shí)期計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)及功能方面都實(shí)現(xiàn)了優(yōu)化升級，無線通信系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的帶領(lǐng)下日趨成熟。安全數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒ǎ孩俪绦騻魉汀＠贸绦蛑械闹噶羁刂仆獠吭O(shè)備與處理部件交換數(shù)據(jù)。②中斷傳送。由需要與處理部件交換數(shù)據(jù)的外部設(shè)備向處理部件發(fā)出中斷請求，處理部件響應(yīng)中斷請求，暫停執(zhí)行原來的程序，利用中斷服務(wù)子程序來完成數(shù)據(jù)交換，交換完畢后返回到被暫停執(zhí)行的原程序[3]。③直接內(nèi)存?zhèn)魉汀８咚偻獠吭O(shè)備如磁盤或磁帶請求交換數(shù)據(jù)時(shí)，由外部設(shè)備直接與內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。
2、傳輸線路
選定合適的數(shù)據(jù)傳輸線路，可降低無線信號傳遞的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，常用線路包括：①低速線路。利用原有電報(bào)傳輸線路改進(jìn)而成,有公共轉(zhuǎn)接線路和專用線路。傳輸速率不大于200比特/秒。②中速線路。利用電話傳輸線路改進(jìn)而成，音頻信道公共轉(zhuǎn)接線路的傳輸速率為600～1200比特/秒，專用線路的傳輸速率為2400～9600比特/秒。③廣播傳輸。利用調(diào)頻廣播系統(tǒng)加添設(shè)備，把數(shù)據(jù)和廣播節(jié)目一起廣播出去，可由多個(gè)接收站接收[4]。還可利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)播，衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)器所能支持的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為60～120比特/秒。
3、傳輸設(shè)備
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為無線通信系統(tǒng)運(yùn)行的主要平臺，應(yīng)不斷地更新軟硬件設(shè)施，為數(shù)據(jù)信息傳遞提供更加優(yōu)越的配套設(shè)施。具體安全措施：①硬件。硬件是計(jì)算機(jī)執(zhí)行程序指令的配套設(shè)施，硬件性能好壞基本決定了程序執(zhí)行的最終效果。虛擬網(wǎng)絡(luò)建成之后，還要注重硬件裝置的改造升級，及時(shí)調(diào)整內(nèi)網(wǎng)布置的服務(wù)器，以適應(yīng)更大數(shù)據(jù)量處理的操作要求。②軟件。軟件主要是服務(wù)器完成操作任務(wù)的程序指令，完全按照用戶編寫代碼給予對應(yīng)的動(dòng)作回應(yīng)。為了提高服務(wù)器虛擬化的運(yùn)行效率，用戶需定期更新計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的組織結(jié)構(gòu)，使程序代碼運(yùn)作的流程更加暢通，防止數(shù)據(jù)容量偏大造成網(wǎng)絡(luò)信號中斷。
四、結(jié)論
通信產(chǎn)業(yè)是信息科技發(fā)展的必然產(chǎn)物，其意味著我國正式地開辟了高興技術(shù)行業(yè)。信息科技發(fā)展背景下，無線通信技術(shù)成為了信息科技的創(chuàng)新點(diǎn)，徹底改變了早期有線連接的通信方案，解決了遠(yuǎn)距離信息傳遞的操控風(fēng)險(xiǎn)。依據(jù)無線通信系統(tǒng)潛在的安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)從傳輸方法、線路、服務(wù)等三個(gè)方面制定安全防御處理，提高數(shù)據(jù)信息傳遞的安全系數(shù)。
參考文獻(xiàn)：
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【關(guān)鍵詞】 4G無線通信 網(wǎng)絡(luò)安全 保護(hù)機(jī)制 硬件平臺
網(wǎng)絡(luò)安全是衡量移動(dòng)無線通信系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵指標(biāo)之一，網(wǎng)絡(luò)安全問題廣受社會(huì)各界人士的關(guān)注。4G無線通信系統(tǒng)雖然具有高度的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，但是在運(yùn)行的過程當(dāng)中，依舊存在著部分安全問題，危及到用戶的信息安全，同時(shí)也不利于運(yùn)營商經(jīng)濟(jì)效益的提升。鑒于此，必須要在明確4G無線通信系統(tǒng)所存在的安全隱患的前提下，采取有效的應(yīng)對措施，保證4G無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。
一、4G無線通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)
4G無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)很好地實(shí)現(xiàn)了各種制式的網(wǎng)絡(luò)之間的無縫互聯(lián)的目的，其核心網(wǎng)是基于全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)體系而構(gòu)成的，應(yīng)用效果理想。4G移動(dòng)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(yùn)行于多個(gè)頻帶。這一服務(wù)能自適應(yīng)多個(gè)無線標(biāo)準(zhǔn)及多模終端能力，跨越多個(gè)運(yùn)營者和服務(wù)，提供大范圍服務(wù)。與上一代的3G網(wǎng)絡(luò)相比較，4G無線通信系統(tǒng)當(dāng)?shù)姆纸M交換以及全I(xiàn)P核心網(wǎng)分別取代了3G網(wǎng)絡(luò)的電路交換以及蜂窩網(wǎng)絡(luò)，即便是在快速移動(dòng)的環(huán)境當(dāng)中，4G網(wǎng)絡(luò)依舊可以為用戶提供2―100Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，給予用戶更加流暢的上網(wǎng)體驗(yàn)。
二、4G無線通信系統(tǒng)所存在的安全問題
4G無線通信系統(tǒng)當(dāng)中所存在的安全問題集中體現(xiàn)在移動(dòng)終端、無線網(wǎng)絡(luò)、無線業(yè)務(wù)三個(gè)方面，具體如下：
2.1移動(dòng)終端方面
①移動(dòng)終端的硬件平臺不具備完整而全面的驗(yàn)證保護(hù)機(jī)制，各個(gè)模塊遭受攻擊者隨意篡改的風(fēng)險(xiǎn)非常高，再加上移動(dòng)終端內(nèi)部的各個(gè)通行接口沒有機(jī)密性的保護(hù)措施，用戶所傳遞的信息容易被竊聽，訪問控制機(jī)制有待完善。
②移動(dòng)終端的操作系統(tǒng)多種多樣，各種操作系統(tǒng)多存在不同程度的安全隱患，在使用的過程當(dāng)中，其所存在的安全漏洞會(huì)被無限放大。
③伴隨病毒種類的不斷增加與更新，傳統(tǒng)的防病毒軟件的體積也在隨之增大。但是，移動(dòng)終端的計(jì)算能力、電池容量、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存能力均是有限的，難以長時(shí)間地支撐起大體積的防病毒軟件的運(yùn)行需求，兩者的矛盾性非常明顯。
④移動(dòng)終端所支持的無線應(yīng)用非常多，包括電子郵件、電子商務(wù)等，其均是通過無線網(wǎng)絡(luò)而實(shí)現(xiàn)的。大部分的無線應(yīng)用其自身均存在固有的安全隱患，再加上相應(yīng)的程序的安全漏洞，嚴(yán)重威脅著無線終端的網(wǎng)絡(luò)安全。此外，木馬、蠕蟲等移動(dòng)終端比較常見的感染性病毒也可通過這些無線應(yīng)用而進(jìn)入到移動(dòng)終端當(dāng)中，損壞或是竊取數(shù)據(jù)資源。
2.2無線網(wǎng)絡(luò)方面
①無線網(wǎng)絡(luò)的具體結(jié)構(gòu)不同，非常容易導(dǎo)致相應(yīng)的差錯(cuò)，所以要求無線網(wǎng)絡(luò)必須要具備良好的容錯(cuò)性。
②不同的無線網(wǎng)絡(luò)，其安全機(jī)制、安全體系、安全協(xié)議也必定不同，導(dǎo)致4G無線通信系統(tǒng)容易受到來自各個(gè)方面的安全威脅。
③一般而言，4G無線通信系統(tǒng)必須要與異構(gòu)形式的非IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，同時(shí)依靠QoS實(shí)現(xiàn)高速網(wǎng)絡(luò)速率傳遞。但是，在實(shí)際的操作過程當(dāng)中，4G無線通信系統(tǒng)與異構(gòu)形式的非IP網(wǎng)絡(luò)連接，同樣存在安全威脅。
④無線網(wǎng)絡(luò)用戶習(xí)慣在各個(gè)不同的系統(tǒng)當(dāng)中隨意切換與漫游，這就對4G無線通信系統(tǒng)的移動(dòng)性管理性能提出可更高的要求。但是，目前我國的4G無線通信系統(tǒng)尚不具備良好的移動(dòng)性管理性能，容易出現(xiàn)各種安全問題。
2.3無線業(yè)務(wù)方面
①無線業(yè)務(wù)與衍生的增值業(yè)務(wù)均以電子商務(wù)為主，整體呈現(xiàn)持續(xù)增長的趨勢。但是，目前的4G無線通信系統(tǒng)的安全機(jī)制很難適應(yīng)高級別的安全需求。
②目前的無線通信市場，利益爭端因?yàn)槎嘤?jì)費(fèi)系統(tǒng)的參與而愈演愈烈，運(yùn)營商欺詐以及用戶抵賴等現(xiàn)象不乏存在。但是，目前的4G無線通信系統(tǒng)的安全方案無法出示絕對肯定性質(zhì)的相關(guān)憑證。
③4G無線通信業(yè)務(wù)支持用戶的全球移動(dòng)性，這是其優(yōu)點(diǎn)，也是其安全隱患之一。因?yàn)橐淮螣o線業(yè)務(wù)無可避免會(huì)涉及到多個(gè)業(yè)務(wù)提供商以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，容易出現(xiàn)安全問題。
三、提升4G無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全性能的策略
提升4G無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全性能，主要在于安全策略、效率策略、以及其他的一些策略，具體如下：
3.1安全策略
①加固操作系統(tǒng)。建議所采用的操作系統(tǒng)必須要滿足TMP的實(shí)際需求。確保混合式訪問控制、域隔離、遠(yuǎn)程驗(yàn)證等具備良好的兼容性能，以提高4G無線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的安全性能。
②加固硬件平臺。應(yīng)用“可信移動(dòng)”的方案，添加可信啟動(dòng)的程序，對移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存實(shí)現(xiàn)有效的保護(hù)，提高檢驗(yàn)機(jī)制的完整性。
③加固應(yīng)用程序。在進(jìn)行應(yīng)用程序下載的過程當(dāng)中，必須要進(jìn)行合法性與安全性檢驗(yàn)才能進(jìn)行安裝，避免其受到攻擊者的惡意篡改，同時(shí)降低可供用戶選擇的不安全配置選項(xiàng)的比例。
④防護(hù)硬件物理。有針對性地提高移動(dòng)平臺硬件的集成程度，對遭受攻擊的硬件接口的電壓與電流，避免再次遭受物理性質(zhì)的攻擊。在必要的時(shí)候，允許將USIN以及TPM當(dāng)中所儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)自動(dòng)進(jìn)行銷毀，銷毀的程度視安全級別而定。
3.2效率策略
①盡可能減少安全協(xié)議當(dāng)中所要求的交互性消息的數(shù)量，同時(shí)盡量縮短單條消息的長度，要求簡潔明了。
②在進(jìn)行預(yù)計(jì)算以及預(yù)認(rèn)證的過程當(dāng)中，要求在移動(dòng)終端處于空閑狀態(tài)之下進(jìn)行，以期充分利用移動(dòng)終端的空閑時(shí)間。
③針對在較短的時(shí)間之內(nèi)無法進(jìn)行實(shí)質(zhì)獲取的無線業(yè)務(wù)，一般而言，可延緩提供服務(wù)的時(shí)間，采取滯后認(rèn)證的措施，如果其可以順利地通過認(rèn)證，便向其按時(shí)提供服務(wù)，否則中止服務(wù)。
④對稱性是移動(dòng)終端計(jì)算的必備特征，針對比較龐大的計(jì)算負(fù)擔(dān)而言，建議促使其在服務(wù)網(wǎng)絡(luò)端完成，以起到緩解移動(dòng)終端負(fù)擔(dān)的作用，同時(shí)注意密碼算法的選用，在選用密碼算法之時(shí)，需要遵循資源少、效率高兩大基本原則，摒棄臨時(shí)身份機(jī)制以及緩存機(jī)制的使用。
3.3其他策略
①多策略機(jī)制。為不同的場景提供具有針對性的安全策略，以先驗(yàn)知識節(jié)約開銷，保證效率，確保切換認(rèn)證的效率高于接入認(rèn)證。②多安全級別策略。使用場合以及使用需求的不同，其安全級別也是不同的，因此需要實(shí)施多安全級別策略，在電子商務(wù)以及普通通話之間劃分鮮明的安全級別界限。此外，無線網(wǎng)絡(luò)切換也需要賦予其不同的安全級別，例如4G用戶切換至3G網(wǎng)絡(luò)，那么安全級別也應(yīng)當(dāng)隨之下調(diào)，并不是固定不變的。
四、結(jié)語
總而言之，4G無線通信系統(tǒng)所面臨的網(wǎng)絡(luò)安全威脅較多，相關(guān)從業(yè)者需要在明確4G無線通信系統(tǒng)所存在的安全問題的基礎(chǔ)上，立足于安全策略、效率策略等方面，全面提高4G無線通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全性能。
參 考 文 獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】分布式無線通信 無線網(wǎng)格 中繼家庭小區(qū)
當(dāng)前IP化、扁平化正在成為未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的主要特征，而分布式無線通信技術(shù)則是推動(dòng)這一趨勢的強(qiáng)勁動(dòng)力。如今，3G技術(shù)已經(jīng)擁有了越來越成熟的市場，LTE、UMB等3G演進(jìn)技術(shù)也有了新的進(jìn)展，IMT-Advanced重點(diǎn)項(xiàng)目的啟動(dòng)使全世界的目光都轉(zhuǎn)向下一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研究上。本文基于這一背景，分析了未來分布式無線通信系統(tǒng)發(fā)展特點(diǎn)，這一研究對于無線通信的發(fā)展具有一定的參考價(jià)值。
1 分布式無線通信技術(shù)的應(yīng)用
分布式無線通信技術(shù)目前主要被應(yīng)用于以下三個(gè)方面：無線網(wǎng)格（Mesh）、中繼（Relay）和家庭小區(qū)（Home cell）等。
1.1 中繼（Relay）分析
由于Relay技術(shù)可有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)覆蓋，被充分應(yīng)用于802.16j中。802.16j不僅保持了對802.16e PMP模式的兼容性，還具備多跳中繼功能，另外，它還改進(jìn)了多跳連接模式，可進(jìn)行RS轉(zhuǎn)換和兩種及以上場景的終端轉(zhuǎn)換。因?yàn)樵黾恿硕嗵鴻C(jī)制、MAC路徑管理、路由功能，引入中繼節(jié)點(diǎn)會(huì)加大干擾管理的難度，對此，加強(qiáng)了RS在測量時(shí)的抗干擾能力。標(biāo)準(zhǔn)化等工作的開展始于2005年，現(xiàn)在還處于制定階段，參加制定標(biāo)準(zhǔn)的主要是電信廠商與運(yùn)營商。
1.2 家庭小區(qū)（Home cell）分析
不同于另外兩種分布式技術(shù)，嚴(yán)格來講，Home cell并非一種技術(shù)，但對現(xiàn)有的分布式技術(shù)而言，它是較具代表性的一種應(yīng)用場景。具備分布式無線接入網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是Home cell的特征，方便架設(shè)。另外，它某些方面的管理需要運(yùn)營商參與。運(yùn)營商可通過它實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋規(guī)劃，特別是以后無線通信系統(tǒng)頻譜資源將慢慢轉(zhuǎn)向高頻段。對于運(yùn)營商而言，這是一種全新的運(yùn)營模式，大部分的網(wǎng)絡(luò)管理要求用戶參與。它除了可與Mesh技術(shù)相結(jié)合，建立一個(gè)綜合型網(wǎng)絡(luò)之外，還可當(dāng)作是一個(gè)分布式接入點(diǎn)，增強(qiáng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)覆蓋。
1.3 無線網(wǎng)格（Mesh）分析
因?yàn)镸esh技術(shù)的潛在功能十分強(qiáng)大，許多新的無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議均適用于mesh組網(wǎng)，如：802.16、802.11s、802.15.5等，它們分別是城域網(wǎng)、局域網(wǎng)、個(gè)域網(wǎng)的代表，其中最受關(guān)注的就是802.11s。它引入了Mesh機(jī)制，從而改變了以往的WLAN AP布設(shè)方式，無需有線回程線路的支撐，終端之間可真正進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)的通信。多業(yè)務(wù)類型的QoS保障可通過改善802.11e EDCA接入控制機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。采取恰當(dāng)?shù)膿砣刂茩C(jī)制以達(dá)到負(fù)載均衡的目標(biāo)。目前，這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)還處于討論階段，還存在一些未解決的技術(shù)問題。
2 未來分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
未來無線通信系統(tǒng)的架構(gòu)在長期對分布式無線通信技術(shù)的分析中慢慢變得清晰了。中國移動(dòng)此前的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)國際研討會(huì)上提出了以移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為重點(diǎn)的端到端的綜合解決方案，也就是WiiSE計(jì)劃。
WiiSE的特點(diǎn)主要包括：無線多連接接入、扁平化全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及分布式信息存儲(chǔ)與處理等，目標(biāo)是建立新一代的集運(yùn)營與管理于一體的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。上圖是其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖，可將無線通信與互聯(lián)網(wǎng)整合在一起，為通信與信息構(gòu)建一種全新的環(huán)境。它的技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
IP網(wǎng)絡(luò)中將包括移動(dòng)終端。終端在WiiSE網(wǎng)絡(luò)中的地位將會(huì)由被動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)，其在網(wǎng)絡(luò)中的影響力也會(huì)隨之增強(qiáng)，作為一個(gè)節(jié)點(diǎn)而成為網(wǎng)絡(luò)的一部分。具體來說，不同于傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)概念融入WiiSE中，使得終端也加入到接入網(wǎng)中，那么一切實(shí)現(xiàn)家庭或辦公室與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)通信的連接將消失，這樣網(wǎng)絡(luò)覆蓋的動(dòng)態(tài)擴(kuò)展也就可以實(shí)現(xiàn)了。
異構(gòu)無線接入網(wǎng)絡(luò)。頻譜資源不夠?qū)?huì)是無線通信系統(tǒng)發(fā)展到一定時(shí)候的一個(gè)重要問題。可用于4G系統(tǒng)的頻譜資源已在WRC 2007上得到了確定，其中某些資源3G系統(tǒng)也是可用的。運(yùn)營商或許有多種無線接入技術(shù)的系統(tǒng)，不同的系統(tǒng)所占無線頻段也各不相同。運(yùn)營商應(yīng)將這些系統(tǒng)有效的聯(lián)系起來，采取異構(gòu)網(wǎng)形式服務(wù)于用戶，盡最大努力挖掘資源。
在接入網(wǎng)中，Mesh已變?yōu)橐环N重要的組網(wǎng)方式。如今，移動(dòng)通信系統(tǒng)更新速度較快，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模也越來越大。如：基站架設(shè)，其成本主要有兩塊，即基站本身及其所需的回程連接。Mesh機(jī)制的引入，不僅可使基站回程連接的費(fèi)用得到有效的降低，基站結(jié)構(gòu)也因此得到簡化，從而便于基站選址與架設(shè)。
在WiiSE RAN中，Ad hoc的應(yīng)用倍受關(guān)注。Ad hoc網(wǎng)絡(luò)工作方式較為自由，與P2P的方式比較接近，而這個(gè)是不被運(yùn)營商所接受的。但要使移動(dòng)終端加入到IP網(wǎng)絡(luò)中則離不開Ad hoc的思想。運(yùn)營商要求的對Ad hoc是可控制的，不僅可以通過Ad hoc來提高網(wǎng)絡(luò)能力，還要具備監(jiān)管認(rèn)證、資源優(yōu)化配置以及費(fèi)用計(jì)算等功能。
通過WiiSE的特征可以發(fā)現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)是開放式的，而傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)是封閉式的，移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展需要介于這兩者之間。要求是對Mesh與Ad hoc必須是可控的。但著眼于信息處理方式，則要求的是分布式信息存儲(chǔ)及處理，用戶與業(yè)務(wù)管理還是進(jìn)行邏輯性統(tǒng)一控制。此外，核心網(wǎng)向扁平化與分布式方向演進(jìn)也是一種趨勢，其中演進(jìn)思路就包括P2P，可將Skype的系統(tǒng)架構(gòu)作為參考，實(shí)現(xiàn)分布式核心網(wǎng)的建立。
3 結(jié)束語
綜上所述，分布式無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和許多新的業(yè)務(wù)模式（如：P2P）越來越成熟，且在運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也越來越廣泛，不管是在硬件上，還是軟件上，移動(dòng)通信系統(tǒng)必將具備以下三個(gè)特征：分布式、可管理以可運(yùn)營。不僅用戶可以體驗(yàn)到隨時(shí)隨地的接入服務(wù)，對于運(yùn)營商對認(rèn)證和費(fèi)用計(jì)算等需求也可以滿足，真正達(dá)到雙贏的局面。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：地鐵項(xiàng)目；通信系統(tǒng)；方案
中圖分類號：TN914文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號：
1、地鐵通信系統(tǒng)功能
地鐵隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也得到了不斷地發(fā)展，由于建造時(shí)間的差異性，地鐵通信系統(tǒng)功能有很大的差別。一個(gè)通信完善的通信系統(tǒng)應(yīng)有通話功能、呼叫功能、廣播功能、存儲(chǔ)和顯示功能、監(jiān)聽和錄音功能、檢測功能等。
當(dāng)然，并不是每個(gè)地鐵無線通信系統(tǒng)都具有上述幾個(gè)方面的功能，但上述幾個(gè)方面的功能卻概括了目前國內(nèi)外地鐵無線通信系統(tǒng)的基本功能。
2、專用無線通信系統(tǒng)方案構(gòu)成
地鐵無線通信系統(tǒng)的方案很多，但按工作頻道的使用方式可分為兩類。
2.1專用頻道方案
專用頻道方案的特點(diǎn)就是按用途配置頻道，每個(gè)頻道只作一種用途，不作他用，即使處于空閑狀態(tài)。
專用頻道方案可分為車站臺方案和中繼器方案，車站臺方案又分為車站臺轉(zhuǎn)發(fā)方案和中心轉(zhuǎn)接方案，中繼器方案又分為單向中繼器方案和雙向中繼器方案。根據(jù)地鐵行車指揮特點(diǎn)，目前在我國地鐵用得比較多的是車站臺中心轉(zhuǎn)接方案。
一個(gè)采用車站臺中心轉(zhuǎn)接方案并且滿足系統(tǒng)功能的某地鐵無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。
圖1無線通信系統(tǒng)構(gòu)成圖(專用頻道方案)
從圖1可見，系統(tǒng)由運(yùn)行線路無線和車輛段無線兩個(gè)子系統(tǒng)組成。
運(yùn)行線路無線子系統(tǒng)由位于調(diào)度中心的中心控制設(shè)備和行車、公安、防災(zāi)及維修控制臺、位于車站的車站臺(地下每站一個(gè)，當(dāng)有地上車站和線路時(shí)，可根據(jù)場強(qiáng)配置設(shè)地上車站臺)，以及列車臺、各種用途便攜臺、傳輸用的音頻話路等組成。
而車輛段無線子系統(tǒng)直接由控制臺、基地臺和列車臺、便攜臺組成。
2.2共用頻道方案(集群方案)
所謂集群(Trunking)，指的是不按用途配置頻道，而是為所有用戶共用，實(shí)現(xiàn)設(shè)備和頻率共享。集群方案可分為小區(qū)制、中區(qū)制和大區(qū)制，目前在我國地鐵用得比較多的是大區(qū)制。一個(gè)采用大區(qū)制集群方案、并且滿足系統(tǒng)功能的某地鐵無線通信系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。
圖2無線通信系統(tǒng)構(gòu)成圖（集群方案）
從圖2可見，系統(tǒng)由位于調(diào)度中心的中心設(shè)備，位于車站的車站射頻中繼設(shè)備(地下每站一個(gè)，當(dāng)有地上車站和線路時(shí)，可根據(jù)場強(qiáng)配置設(shè)地上車站射頻中繼設(shè)備，或由中心基地臺場強(qiáng)覆蓋)，以及列車臺、各部門便攜臺和傳輸光信號的光通道等組成。
3、通信系統(tǒng)方案比選
兩種方案都能滿足系統(tǒng)功能的要求，但在基本性能和其他性能方面有著相當(dāng)大的差別。
3.1基本性能
1.分析
基本性能指的是系統(tǒng)在一定呼損率E下能夠容納的話務(wù)量A。
在工程設(shè)計(jì)中，需要忙時(shí)話務(wù)量的指標(biāo)，每一用戶的忙時(shí)話務(wù)量可用下式表示:
(1)
式中
a—每用戶的忙時(shí)話務(wù)量;
a—每用戶在一天內(nèi)的呼叫次數(shù);
b—忙時(shí)集中率二忙時(shí)話務(wù)量海天話務(wù)量;
t—每用戶通話占用信道的平均時(shí)長。
關(guān)于話務(wù)量的單位，我國通常以愛爾蘭(Erlang)表示，即在(1)式中t以小時(shí)計(jì)。
很顯然，在呼損率E保持不變的條件下，系統(tǒng)最多能夠容納的用戶數(shù)M由下式?jīng)Q定:
(2)
如果假定:用戶數(shù)M足夠大，大于頻道數(shù)N，并且單位時(shí)間的呼叫次數(shù)與系統(tǒng)已呼叫的用戶數(shù)無關(guān)，是
一個(gè)常數(shù)，而且通話時(shí)長的概率分布服從指數(shù)規(guī)律，則可得呼損率E和A、N的關(guān)系如下式:
呼損率E表示呼叫失敗的概率。
根據(jù)(3)式，可得E和A、N之間的關(guān)系表—巴爾姆表。
表1為巴爾姆表的摘錄:
表1E和A、N關(guān)系表
通過對(2)和(3)式(或表l)的分析，可得在呼損率E不變的條件下，A越大，系統(tǒng)容納的用戶數(shù)M越多;另一方面，A越大，如果系統(tǒng)容納的用戶數(shù)M不變，則呼損率E越小。因此，系統(tǒng)能夠容納的話務(wù)量A很好地表示了系統(tǒng)的基本性能，是判斷系統(tǒng)方案優(yōu)劣的基本參數(shù)，它直接決定了系統(tǒng)的用戶數(shù)和呼損率，而用戶數(shù)和呼損率直觀地表示了系統(tǒng)的優(yōu)劣。
3.2計(jì)算
為了對兩種方案進(jìn)行計(jì)算比選，需要說明的是:
3.2.1考慮到本集群方案采用集中控制方式，設(shè)有1個(gè)專門的控制頻道，因此應(yīng)用(3)式或表1時(shí)，頻道數(shù)
N應(yīng)為實(shí)設(shè)頻道數(shù)N減1.
3.2.2對于專用頻道方案，應(yīng)用(3)式或表1時(shí)，應(yīng)理解為頻道數(shù)N=1的N´個(gè)相互獨(dú)立的無線系統(tǒng)。
3.2.3設(shè)呼損率E-0.5、0.1,0.2，而a二3次/(天·用戶),B=0.1,t=2min呼=0.X33 h/砰。
計(jì)算如下:
按(1)式，求出a -0.q1，查表1求出A，再應(yīng)用(2)式求出用戶數(shù)M。求得不同頻道數(shù)和呼損率下兩種
方案的系統(tǒng)容量和用戶數(shù)比較表如表2。
表2兩種方案系統(tǒng)容量和用戶數(shù)比較表
注:有中所列為用戶數(shù)N，系統(tǒng)容量A=M·a
根據(jù)表2，可得兩種方案系統(tǒng)容量和用戶數(shù)比較圖如圖3所示。
從表2和圖3可見:當(dāng)實(shí)設(shè)頻道數(shù)N=1或2時(shí)，專用頻道方案系統(tǒng)的系統(tǒng)容量和用戶數(shù)大于集群方案;但當(dāng)N=3以后，集群方案的系統(tǒng)容量和用戶數(shù)大于專用頻道方案，而且隨
頻道N的增加，K值迅速增加，當(dāng)N到達(dá)一定值后，增加平緩;并且，隨著呼損率E的減小，K值加大。
圖3兩種方案系統(tǒng)容量和用戶數(shù)比較圖
3.3其他性能
3.3.1擴(kuò)容
一個(gè)城市往往不止一條地鐵(目前許多城市的規(guī)劃都是多條地鐵)，當(dāng)一條線路修好后，再修建新的線路，這時(shí)不但移動(dòng)用戶數(shù)增加，而且固定用戶(每條線路都設(shè)相應(yīng)調(diào)度員，還有車站值班員)也增加，因此需要擴(kuò)容。可以說，擴(kuò)容是系統(tǒng)方案必須考慮的重要問題。很顯然，擴(kuò)容和原來系統(tǒng)的容量有關(guān)。
根據(jù)方案原理，對于專用頻道方案的擴(kuò)容，為了使各條線路的用途分開，為了不降低呼損率(根據(jù)基本性能計(jì)算，專用頻道方案的系統(tǒng)容量都很小)，擴(kuò)容就是建立新的無線系統(tǒng)，原來的無線系統(tǒng)仍歸原來的線路使用，因此頻道數(shù)和設(shè)備都成比例增加，成本也成比例增加。而對于集群方案的擴(kuò)容，原來的無線系統(tǒng)新的線路仍然可以使用(只需部分增加設(shè)備)，并且根據(jù)基本性能的計(jì)算，集群方案的系統(tǒng)容量相當(dāng)大(例如，從表2可見，對于呼損率E=0 .05，即使3個(gè)頻道時(shí)，集群方案的系統(tǒng)容量已為專用頻道方案的2.4倍)，因此往往不需要增加頻道或者增加1個(gè)頻道，就能夠達(dá)到要求，因此只部分增加成本。
以某地鐵為例，設(shè)有5個(gè)頻道。參見表2:當(dāng)呼損率E=0.05時(shí)，對于專用頻道方案的用戶數(shù)M=26.5而集群方案的用戶數(shù)M=152.2，即集群方案的用戶數(shù)為專用頻道方案用戶數(shù)的5.8倍，也就是說，采用集群方案時(shí)這5個(gè)頻道可供將近6條線路共用而呼損率保持不變;而對于專用頻道方案，保同樣的呼損率，每新建一條線路就要增加一個(gè)5頻道的專用無線系統(tǒng)。因此，無論是頻道數(shù)和硬設(shè)備，集群方案的擴(kuò)容都比專用頻道方案優(yōu)越得多。甚至可以說，當(dāng)一個(gè)城市需要修建多條地鐵，并且如果地鐵又有地面線路、依靠空間隔離場強(qiáng)很難分開時(shí)，采用專用頻道方案簡直是不堪設(shè)想的，而必須采用集群方案。
3.3.2占用無線電頻率
無線電頻率是一種寶貴的不能再生的自然資源。在基本性能相同的前提下，占用頻率的多少也是評價(jià)系統(tǒng)方案優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)。
本集群方案由于采用大區(qū)制，移動(dòng)臺在整個(gè)工作區(qū)域都采用相同的工作頻率，因此每個(gè)頻道只需占用2個(gè)頻率。而專用頻道方案的運(yùn)行線路無線子系統(tǒng)，為了避免車站臺對移動(dòng)臺的同頻干擾，車站臺需采用兩組不同頻率交替配置，因此每個(gè)頻道需占用3個(gè)頻率，多1個(gè)頻率。
以某地鐵為例，需設(shè)5個(gè)頻道，當(dāng)采用專用頻道方案時(shí)（見圖1),1頻道:F1-1, F1-2 , F1-3運(yùn)行線路行車專用，2頻道:F2-1, FZ-2 , F2-3運(yùn)行線路公安專用，3頻道:F3-1, F3-2, F3-3運(yùn)行線路防災(zāi)專用，4頻道:F4-1, F4-2、 F4-3運(yùn)行線路維修專用，5頻道:F5,F5´車輛段專用，共計(jì)14個(gè)頻率。當(dāng)采用集群方案時(shí)(見圖2) ,5個(gè)頻道為運(yùn)行線路和車輛段共用，1頻道:F1,F'1,頻道:F2,F´2, 3頻道:F3,F'3,4頻道:F3F`4,5頻道:F4,F'4，共計(jì)10個(gè)頻率，因此集群方案比專用頻道方案節(jié)省了4個(gè)頻率，很顯然集群方案優(yōu)于專用頻道方案。
3.3.3頻率切換和頻道轉(zhuǎn)換
專用頻道方案為了避免同頻干擾，當(dāng)移動(dòng)臺從運(yùn)行線路—無線管區(qū)進(jìn)人另一無線管區(qū)時(shí)，其接收頻率需切換通信才能正常進(jìn)行，同樣當(dāng)移動(dòng)臺出、人車輛段時(shí)，也需轉(zhuǎn)換頻道，這種切換和轉(zhuǎn)換都借助于場強(qiáng)自動(dòng)進(jìn)行。但是，當(dāng)?shù)罔F存在地面線路和車站時(shí)，其場強(qiáng)往往很難于與車輛段的場強(qiáng)截然分開，因此頻道的轉(zhuǎn)換很難于自動(dòng)實(shí)現(xiàn)。而集群方案移動(dòng)臺頻道的轉(zhuǎn)換是由中心控制的，與移動(dòng)臺所在位置無關(guān)，因此良然不存在這個(gè)問題。
3.3.4呼叫功能
由于集群方案采用專門的控制頻道實(shí)現(xiàn)呼叫，因此在任何情況下呼叫都不受影響，而專用頻道方案通話頻道兼作呼叫用，當(dāng)通話時(shí)該頻道的呼叫就不能進(jìn)行，因此前者呼叫功能更完善一些，特別是緊急呼叫更為迅速和準(zhǔn)確。
3.3.5檢測功能
由于集群方案采用專門的控制頻道實(shí)現(xiàn)檢測，因此通話時(shí)除了通話的移動(dòng)臺外，對其他移動(dòng)臺的檢測不受影響。而專用頻道方案采用通話頻道兼作檢測用，因此通話時(shí)該頻道所有移動(dòng)臺的檢測均不能進(jìn)行。很顯然，集群方案的檢測功能更強(qiáng)一些。
