时间：2023-05-29 18:21:20
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇无线通信系统，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】无线 通信 网络
对于无线通信系统网络规划来说，无论是硬件设备，还是软件技术都能够对其总体的规划产生很大的影响。我们需要从多个角度出发，这样才能保证无线通信系统网络规划的有效实现。有些地区在进行无线通信系统网络规划工作的过程中，由于单纯的攻破了某一个环节的难题，导致在其他环节出现了一定的问题，由此可见，要想实现无线通信系统网络规划，需要将每一个因素都考虑到，无论是理论还是实践工作，都必须融入到无线通信系统网络规划之中。本文就无线通信系统网络规划得实现进行一定的思考。
1 GSM系统网络结构
在实际的应用过程中，对于无线通信系统网络规划来说，GSM系统网络结构是一个非常重要的方面，工作人员和科研人员在这个方面投入了大量的时间和经历。从客观的角度来说，GSM系统网络结构比较适应现阶段的社会发展，而且比较符合大众的需求。GSM系统由网络子系统NSS、基站子系统BSS、操作维护子系统OSS、移动台等组成，NSS与外部公用网互联，完成通信功能。由此可见，在无线通信系统网络规划当中，GSM网络能够较为全面的满足众多群体的要求，而且有效的进行GSM系统网络结构的设计和实践工作，会对整体的无线通信系统网络规划产生较大的积极影响。
2 话务模型
在实现无线通信系统网络规划的过程中，话务模型是一个非常重要的方面。对于现阶段的社会发展来说，众多的客户群体对话务模型有着不同的需求，为了充分的满足客户的要求，同时又要能够促进社会的稳定发展，我们必须在设计出一个统一标准的话务模型，这样才能在不同的地区，根据不同的话务模型进行一定的改良，从而获得较大的发展。从现有的情况来分析，话务模型基本上需要依据建筑物密度和话务评估来建立，它是进行数字移动通信系统网络规划设计的基础。它包含基本参数、话务流量比例、呼叫比例、服务等级（呼损率GOS）4个部分，按照这四个部分建立起来的话务模型，对无线通信系统网络规划具有较大的积极影响，在实现的过程中，达到了一个较为理想的效果。
3 网络结构规划设计
在无线通信系统网络规划的实现过程中，网络结构规划设计是一个核心的环节，对无线通信系统网络规划的实现具有决定性的影响。如果能够在网络结构规划设计方面获得一定的突破，将会让无线通信系统网络规划的实现更加顺畅。
3.1 MSC至各局向的中继线路设计
对于网络结构规划设计而言，首要进行的工作就是MSC至各局向的中继线路设计，这个环节的工作队无线通信系统网络规划的实现来说，是非常重要的。我国在这方面投入了大量的人力、物力、财力，终于取得了一定的成果，MSC至PSTN（本地）的话务量=MSC的总话务量×（移动用户呼叫固定用户的比例+固定用户呼叫移动用户的比例）×本地呼叫占总呼叫的比例。根据话务量、呼损率查爱尔兰B表后可得到MSC至PSTN（本地）的中继话音信道数，因一个E1可提供30个话音信道，所以话音信道数除以30就可得到数字中继线路E1数X1。之后就可以根据一样的原理，计算出X2至X5，从而达到理想的效果。对于MSC至各局向的中继线路设计而言，比较重要的一点就是要根据不同的要求来进行不同的计算，很多的工作人员和科研人员在计算的过程中，由于的单纯的从技术角度或者计算的角度出发，虽然结果比较精确，但并不符合无线通信系统网络规划的实现要求，因此在未来的工作中，我们必须要将实际的情况有效的结合到计算之中，这样才能对整体的工作产生较大的积极影响。
3.2 MSC至各局向的信令链路设计
（1）MSC至PSTN，MSC，PLMN之间信令路的设计。MSC之间的信令链路除少量越局切换功能外，主要完成电话呼叫的建立、监视和释放等电话接续功能，每次呼叫所需消息单元数量平均为M1个，消息信令单元的平均长度为，L1字节，信令链路传输速率为64 K bit/s。对于MSC至各局向的信令链路设计来说，需要对每一个环节进行精确地计算，比方说信令链路传输速度，每个地区的发展情况不同，经济水平和文化水平也有一定的差异，这对信令链的路传输速度有很大的影响，我们需要将这些实际的情况有效的融入进去才能计算出一个理想的结果。
（2）MSC至BSC之间信令链路的设计。在无线通信系统网络规划的实现过程中，MSC至BSC之间信令链路额设计也占据着非常重要的位置，能够对整体的实现产生一定的决定性影响，我国在方面的研究较为深入，而且非常的重视。经过一段时间的研究，工作人员认为，每个呼叫在信令链路上占用的时间￡=（8×M×L）/64 000，一条链路的忙时呼叫次数BHCA=G×36 000/t，每用户的忙时呼叫次数b h ca=（P×3 600）/T，则每条信令链路能够支持的最大用户数BHCA/b h ca--（G×T×64 000）/（e×8×M×L）。由此可见，对于MSC至BSC之间信令链路的设计来说，需要通过精确的计算公式来实现，从而弥补无线通信系统网络规划的一些空缺，这样才能在全局中达到一个较为高端的水准。
（3）MSC至HLR之间的信令链路的设计。在一般的工作人员看来，MSC至HLR之间的信令链路的设计并不是特别的重要，但在现阶段的发展中，为了让无线通信系统网络规划更好的改善居民的生活水平和工作水平，必须让每一个环节都达到最优，才能在实现的过程中，产生较大的积极影响。我们需要将MSC至HLR之间的信令链路的设计这样的环节重视起来，避免漏洞和隐患的发生。
4 总结
本文对无线通信系统网络规划的实现进行了一定的思考，无论是客观方面，还是主观方面，都进行了一定的阐述。从现有的情况来看，无线通信系统网络规划的实现过程并不是特别的困难，得到了社会各界的大力支持，较多的人群对无线通信系统网络规划的是实现持有肯定态度，相信在将来的发展中，会有一个较大的建树。值得注意的是，在实现的过程中，必须考虑到实际情况，才能避免漏洞的发生。
参考文献
[1] 刘军.移动通信组网中无线信道数的确定[J].公安大学学报（自然科学版），2001（04）.
[2] 王宗月，邓世昆，李广强.LITTLE定理推导及在GSM中的应用[J].硅谷，2011（04）.
[3] 吴孙斌.移动通信网中高话务问题出现的原因与处理[J].硅谷，2009（04）.
（辽宁铁道职业技术学院，锦州 121000）
（Liaoning Railway Vocational and Technical College，Jinzhou 121000，China）
摘要： 在二十世纪，地铁/轻轨无线通信系统作为运输与通信高度结合的产物，并且逐渐成为地铁、轻轨运营的关键和重要组成部分，凭借通信系统可以提高运输效率，同时可以保证行车的安全性。对于地铁/轻轨无线通信系统来说，其组成主要包括：无线集群通信、光纤传输、中继器加漏泄同轴电缆传输、无线寻呼引入，以及蜂窝电话引入等子系统。从隶属关系来看，地铁/轻轨无线通信可以划归为移动通信范畴，同时具有限定空间、限定场强覆盖范围、技术要求高、专用性强等特点。
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.
关键词 ： 无线通信；系统组成；关键技术
Key words： wireless communication；system composition；key technology
中图分类号：[TN915.852] 文献标识码：A
文章编号：1006-4311（2015）06-0240-02
0 引言
随着经济的不断发展，在世界范围内，轨道交通作为公共交通工具开始出现在城市中。随着科学技术的不断发展，以及城市化进程的不断推进，在现代大城市中，大运量的轨道交起着越来越重要的作用。在我国，建设和完善城市轨道交通系统，正面临着前所未有的机遇，对于我国大中城市来说，建设和发展城市轨道交通系统将成为有史以来最大的基础设施建设项目。在应用技术、基础理论方面，由于我国城市轨道交通目前还处于开拓发展阶段，在这种情况下，大多数工程项目的实施都要引进新的技术和设备。到目前为止，在城市轨道交通通信系统技术方面，我国还没有相应的施工规范和验收标准，同时更没有统一的通信技术性能指标，进而在一定程度上严重制约着我国城市轨道交通的发展。因此，提高我国城市轨道交通的通信技术和信息应用能力，进一步降低工程造价，这是确保轨道交通持续发展的关键。
1 概述
对于地铁无线通信系统来说，通常情况下，主要包括集群通信系统、无线寻呼引入系统、蜂窝电话引入系统等部分。目前在集群系统方面，国外技术已经趋于成熟，数字集群也已经实现了商业化。在国内，有能力开发集群系统、地铁寻呼引入系统的企业仅有少数的几家公司，在设备价格方面，国外目前都比较高，其高昂的价格使得国内市场难以接受。对于地铁寻呼引入系统来说，目前我们已经开发出部分部件，与国外相比，其性能水平相当。另外，我们已经具备了蜂窝移动电话引入方面的技术。从国内范围来看，在地铁无线通信系统所涉及的技术我们处于领先水平。
2 系统组成
从系统组成来说，地铁无线通信系统主要由无线集群通信、光纤传输、中继器加漏泄同轴电缆传输等子系统构成。其中控制中心设备、集群基站设备、无线移动交换机、光电转换设备等设备共同组成系统。通常情况下，采用基站加漏缆中继方式对系统的基本结构进行处理。在全线范围内，需要设置一个控制中心，若干个集群基站，一个无线移动交换机等，同时根据用户数量及话务量的大小，对基站信道数进行灵活的配置，并且进行动态的分配。信息指令由调度员发出后，经控制中心及无线移动交换机处理后被传至相应的集群基站，基站与光缆之间通过合路器、光电转换器、光分路器等相互连接，信息经过基站进行处理后，通过光缆传送至各车站中继器，中继器通过对信号进行放大处理，然后馈送至全线漏泄同轴电缆辐射出去，进而在一定程度上使列车司机、车站值班员、手持台持有者等能够清晰、顺畅地收到来自调度员的信息。对于列车司机、车站值班员、手持台持有者来说，其发出的信息通过漏泄同轴电缆接收后处理后，将所接收的信息传送至中继器，经放大处理后，中继器将信号通过光缆进一步传送至基站，最后信息由基站经过控制中心及无线移动交换机传输给调度员。
3 无线通信系统的功能
对于地铁来说，无线通信系统的功能主要表现为：指挥列车运行、公安治安、防灾应急通信和设备线路维修等。根据地铁运行、管理的需要，按照无线通信系统的工作区域及工作性质可以将其分为：①列车无线调度通信子系统。②停车场调车、检修无线通信子系统。③车辆段调车、检修无线通信子系统。④维修及施工无线通信子系统。
对于地铁无线通信系统来说，如果由以上各无线通信子系统构成，在一定程度上可以满足行车调度、维修调度、公安调度等人员与列车司机、车站值班员、区间工作人员之间的通信需要。借助无线通信系统能够自动完成调度员（固定台）与移动台之间通话的接续，以及移动台与移动台之间、无线用户与PABX程控电话用户之间通话的接续。
4 关键技术
对于地铁无线通信系统来说，通常情况下，其组成主要包括无线集群通信、光纤传输、中继器加漏泄同轴电缆传输等子系统。其中，涉及到的关键技术主要包括：系统集成技术、无线集群通信技术、光纤传输技术、多信道射频中继技术等。系统设备主要由控制中心设备、集群基站设备、无线移动交换机等构成，与设备相关的关键技术主要包括：高频电路技术、频率合成技术、ASIC技术等。
在技术研发方面，通过对国外相关设备的先进技术进行引进、消化和吸收，利用模块化集成方法，进而在一定程度上自行研制开发标准信令的集群系统基站设备，同时通过对多信道中继器进行自行研制和开发，并且对相对成熟的配套产品进行采购，进一步组建整个通信系统。
①集群调度通信系统。该系统通常情况下主要包括集群控制器、无线交换机、调度台等。②漏缆中继系统。对于该系统来说，主要包括光纤射频传输系统、双向放大器。③无线寻呼引入系统。该系统主要包括前端接收部分、信号处理部分等。④蜂窝电话引入系统。该系统主要包括高等学校增益大功率线性放大器、高隔离双工器等。
5 结论
随着地铁事业快速发展的要求，无线通信技术已经成为地铁监控系统建设中一个重要的、关键的技术手段。无线通信技术克服了传统有线网络受制于列车快速运行，距离跨度大等客观条件的缺陷，使地铁列车监控系统更为方便、实时和高效。但与此同时，无线通信技术相比传统有线网络仍然存在着传输有延迟、稳定性不足等缺点，在今后的工作中，如何有效提高无线通信技术应用的稳定性和可靠性，在未来城市轨道交通发展中成为主流，并且无线通信系统将会朝着高带宽、多功能、智能化方向发展。在地铁运行过程中，如果带宽足够，通过对通信和信号系统进行整合，并对其所占的带宽进行智能化分配，进一步是该产品改变目前地铁市场信号和通信相互制约的格局。当前，城市轨道的交通信号和通信系统之间是相对独立的，由于地铁项目需要大规模的投资，并且后期维护费用非常庞大。在这种情况下，可以考虑对通信和信号进行整合。
参考文献：
[1]郑祖辉.数字集群移动通信系统[M].三版.电子工程出版社，2008.
[2]陈相宁，谭玉平.浅谈地铁综合通信系统[A].第九届全国青年通信学术会议论文集[C].2004（05）.
关键词：公安专网；无线通信；宽窄带
1引言
目前，在移动通信技术的发展与普及下，公安在建设专网时可以充分利用已有基站通信进，并在这一基础上，促进窄带通信的发展，以来满足业务增多、维护费用降低等要求。而这也意味着必须实现公安专网无线通信系统的宽窄带融合，让宽带负责多媒体业务，窄带负责语言业务，并通过统一管理，达到理想专网通信效果，从而为公安管理的进一步发展奠定良好基础。
2公安专网无线通信建设需求
当前，公安专网主要涉及四方面的无线通信系统。第一是350M的无线集群通信系统，这一系统的作用是实现语音通信，主要有PDT数字集群、Tetra数字集群以及MPT1327模拟集群等系统[1]。在具体应用中，该系统是应用最广泛，也是使用时间最长的系统。第二是340M的无线图像传输系统。在通过一定沟通后，工信部将336～344频段划分给公安部门专用，让其在紧急情况下可以实现点对点的图像传输。但是，因为频率资源有较大缺陷，在这一频段中进行大规模组网会面临巨大难度。第三是VPN和移动通信。移动警务的应用系统是通过移动通信网络来做好VPN接入与信息访问工作，从而实现数据的采集、访问、上传以及下载等。第四是VSAT卫星通信系统。
3公安专网无线通信系统使用现状
目前，大部分警员仍然使用传统模拟对讲系统，但是在各种因素限制下，这一系统无法对定位、数据以及短信等业务提供支持，使得警员无法进行精细定位、扁平调度，不能满足现代警务工作需求。2014年6月，公安部门将PDT定为数字集群的唯一标准，有效解决了听到找不到的问题，但是从本质上看，PDT仍属于移动通信技术，在调制技术与宽带的限制下，其无法进行高速传输，使得警员在处理任务时，无法实现高数数据查询与双向传输。在3G、4G网络的运用下，解决了找到看不到问题，但是因为运营商网络是全社会共用的，还存在较为严重的安全问题和可靠性问题，会给公安工作带来不良影响。LTE专网具有传输快、无线频谱利用率较高、成熟可靠、时延小以及结构简单等特点。但是，由于LTE具有频点高与宽带大特征，使得其需要的基站数量非常多，很多地方不但无法承担大规模投资，在人才方面也较为匮乏[2]。专用频段与无线图像传输系统的运用，在一定程度上解决了投资与需求之间的矛盾。但是，图传系统还存在容量有限、极易受干扰、终端联通性差以及设备不兼容等问题，无法达到理想警用效果。
4公安专网无线通信系统宽窄带融合方案
4.1总体架构
宽窄带融合指的是实现终端、网络以及应用实现端融合。因此，其方案也被称作宽窄带新融合方案。这一方案最突出的作用是可以依照当前专网建设的实际情况，为融合中存在的问题提供有效解决措施。宽窄带新融合方案主要是由五部分构成，即终端、无线接入网、核心网、网管系统以及统一调度平台。在各种融合验证作用下，这一方案可以突破管道限制，并将全面融合业务体验提供给相关人员。
4.2方案特点
在建设内容上，融合方案特点可以分成窄带建设、公网叠加以及专网LTE融合三部分。窄带建设指的是通过短数据全覆盖和重要任务语音业务的提供，有效满足调度指挥业务的实际需求。公网叠加无需建设单独宽带专网就能够实现数据接入，在对窄带核心网进行升级后，通过多媒体通信业务，可以实现宽、窄带的互通。专网LTE融合指的是应该在热点和关键区域建设LTE专网，并将其与融合核心网相连接，保证专网的覆盖面积，为重点区域应急数据、语音以及实时视频等正常运行提供保障，进而逐渐实现专网全覆盖。
4.3方案描述
第一，在终端方面，四模集群终端可以给予LTE公网、LTE专网以及PDT集群等多种制式同时支持，还可以根据需要对PDT专网与LTE专网进行适当切换。这也意味着一部终端能够实现宽窄带融合通信。第二，在无线接入网方面，在公安专网通信中，警用数据集群这一系统长期发挥着基础作用。LTE专网主要负责热点区域的宽带业务，为了满足该地区连续覆盖的需求，应该将一体化基站部署在应急通信场景中，加强对重点区域的覆盖；在宽带业务实现广泛覆盖中，还应该发挥现有340M图像传输系统、互联网、3G或者是LTE公网以及卫星通信的辅助作用。第三，在核心网方面，宽窄带融合中的核心内容是核心网融合，应该将不同通信制式基站接入落到实处。同时，还应该对宽窄带进行统一编组，实现不同制式终端的统一开户、鉴权以及管理。另外，还应该对现有窄带核心网进行升级，使其成为宽窄带融合网，以保障现有投资。第四，在网络管理方面，通过统一网络、开户、监控、配置以及管理，可以将多网络运维体验提供给相关工作者。第五，在调度平台方面，在全融合多媒体调度的作用下，可以在PGIS的基础上，实现多媒体指挥调度、实时态势显现以及全方位图像显示。
4.4实施案例
宽窄带融合指的并不是将宽带网络与窄带网络简单融合在一起，而是对无线终端、基站、交换中心、网络管理及指挥调度等方面的融合。以某公安厅宽窄带融合为例，该省对全省联网PDT系统进行了建设，警用窄带终端的配备率为80%。在项目实施中，增加了宽窄带融合多模终端的配置，并且在同一多模终端中，宽带与窄带有着相同号码。同时，还将LTE基站建设在了该省热点地区，如政府机关地区、车站等。另外，还对省厅原有窄带交换中心进行了升级，使其成为有效融合宽窄带的交换中心，并且PDT与LTE基站都和这一交换中心相接。网络管理可以对宽带网络与窄带网络进行统一管理，并实现两种终端的统一开户。同时，在公安厅指挥中心，不管是窄带终端还是双模终端，都发挥着指挥调度的作用。通过上述融合，不但可以让窄带终端与双模终端实现互联互通，还能通过对多模终端宽带的运用，实现图像与视频的上传、下推。因为该省完成了PDT系统联网建设，因此在宽窄带融合项目建设中，其在全融合技术方案的实施下，不仅满足了终端互联互通、图像与视频上传下推等要求，还真正达到了调度指挥目的，即听见、看到以及看清[3]。
无线通信是近年发展较快和应用较广的技术，本文通过对某电厂技术改造的研究，提出了以无线通信代替传统电缆通信的方案。该方案具有实施灵活简便、系统稳定性好的特点，同时较低的改造成本亦便于推广。
关键词：无线通信；电缆；工业控制通信系统；成本
一、目的
传统工业控制通信系统一般使用电缆作为信号传输介质，建立这样的系统需要完成大量的基建工作（制作电缆通道），支付高昂的原料成本，且建成后升级改造和故障排除均十分困难，这对生产企业来说既难以接受又无可奈何。
本文的研究目的在于尝试设计和建立一种无线工业控制通信系统，在满足工业控制系统通信稳定可靠的情况下，同时具备价格低廉和安装维护简便的特点，以代替传统的电缆通信。
二、案例
某电厂燃料码头现有二台25T桥式抓斗卸船机，自2011年开始，卸船机与输煤集控之间通信故障频发，在卸煤作业中联锁状态时有时无，故障除了影响生产效率外，更对巡检人员的安全构成了威胁。
1.故障分析
（1）电缆线芯受损：由于码头工作环境相对恶劣，电缆保护外壳易老化损坏，此时，卸船机行走所产生的拉力将有部分由电缆线芯承担，线芯因此出现断裂现象，引起故障。
（2）通信终端故障：收发信息的I/O模块跟转换电压用的继电器，在自身损坏或接线不牢的情况下均可能引起故障。
2.改进方法
设计并建立一个基于无线通信技术的工业控制通信系统，新系统不再使用通信电缆及相关的通信终端，故障亦随之消除。
设计系统工作流程如下：使用PLC/上位机采集控制系统中的数据，再利用硬件对该数据进行调制，发射电台将经过调制后的数据以电磁波的形式传播到信号覆盖区域内，指定的电台对其进行接收、解调，最终数据到达目标上位机/PLC处。
根据实际工况，通信系统按照1主站4从站的方式配置，如图1所示；选用了型号为RLXIB-IHN的以太网调制解调器作为电台使用，性能参数见表1。
三、结论
月度维护随机地点测试结果（组图1）：
1.通讯的无线信号强度：
输煤运转楼主站：为信号发送者信号满格，频道带宽为2.4G*2
煤电综合楼从站：SNR=27，信号为 优良
频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M
现有信号下通讯 速率最大150M
数据交换速度为 1～2ms 一次。
#1卸船机从站：SNR=27 ，信号为优良。
频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M
现有信号下通讯 速率最大150M
数据交换速度为 1～2ms 一次，偶尔出现3ms速度。
#2卸船机从站：SNR=30，信号为优良
频道带宽为2.4G*2，与主站通讯标称速度为 300M
现有信号下通讯 速率最大180M
数据交换速度为 1～2ms 一次。
集控室从站：SNR=24，频道带宽为2.4G*2。
与主站通讯标称速度为 110M 。
实际通讯 速率180M
数据交换速度为 1～2ms 一次，偶尔出现3ms速度。
沙角A电厂进行无线通信系统的改造成本约为10万人民币，整个改造周期约为2个月，期间可沿用原通信系统；若更换通信电缆，不计算基建费用，材料成本约为19万人民币，改造周期约为1个半月，期间设备须停运，由此可见，无线通信系统成本更低，施工过程更灵活。
在现场试运的半年时间内（含雷暴、台风等恶劣天气），该系统未出现过通信故障，且在指定区域进行随机抽查得到的信号强度均能达到良好水平，故认为其稳定可靠。
新技术发展成熟从而代替旧技术，是科技发展的普遍规律，凭借着低廉的成本、简便灵活的实施方式，无线通信也将在工业控制领域上逐渐替代电缆通信。
四、经验分享
本次改造的过程总体而言比较顺利，对此本人亦有一些心得，在此分享。
电台位置选择
在为电台选择安装地点时必须考虑周边的地理状况对信号产生的影响，只要仔细留意图1，就可发现电台的选址均在较高且四周无障碍物处，这样可以有效减少信号衰减，增强通信系统的稳定性。
1.硬件兼容性
不同厂家之间的工业控制产品大多存在硬件上不兼容的问题，在购买硬件前应先通过咨询销售方技术人员进行确认，以免出现需额外增加转换器的状况。
2.系统实现方法
只要确定了系统的工作流程，即可利用软硬件进行实现，方法繁多，不一而足，现提供案例中的解决方案以作参考：
（1）此方案选用了OPC软件KEPSERVER及组态软件INTOUCH；
（2）将KEPSERVER及INTOUCH安装至上位机；
（3）使用INTOUCH与本地PLC组态，建立变量表；
使用KEPSERVER与远方PLC连接，再根据上位机的操作，从远方PLC读取数据至变量表中或从变量表中抽取数据写至远程PLC中。
至此即可实现两个控制设备之间的无线通信。
参考文献：
不同系统之间的干扰
未来，无线通信系统将是一个多网融合的系统，包括蜂窝网、无线接入网、广播网等。蜂窝网会同时存在2G、3G等不同的系统。无线接入网也会同时存在WLAN、WiMAX等不同系统。这种多网共存的状态使得在同一服务区内有多种不同的系统同时工作，不同系统之间势必会产生干扰。
2G与3G系统之间干扰 考虑到我国的实际情况，在建设3G网络的初期，3G与2G系统在一定时间内会，共用现有2G网络的基站，相互之间势必会产生干扰。
系统之间的干扰主要包括杂散干扰、互调干扰及阻塞干扰。杂散干扰与DCS1800基站在1920MHz附近的带外发射有关。从干扰源接收的一些无用信号将导致接收机灵敏度降低，3G系统信噪比下降，服务质量恶化。互调干扰是由于系统的非线性导致不同频率的有用信号合成，产生新的无用信号，并落到相邻3G系统的上行频段，使接收机信噪比下降，表现为3G系统信噪比下降和服务质量恶化。阻塞干扰与3G基站接收机的过滤能力有关。由于两系统天线相距较近，3G系统的接收机收到的总信号功率达到饱和，导致无法工作。
不同标准之间的干扰 1920MHz~1980MHz和2110MHz~2170MHz分别被WCDMA和CDMA2000的上行和下行频段占用，表明WCDMA与CDMA2000两种体制的移动通信网络工作在相邻频段，可能产生系统间干扰。因此，在实际建网时，两系统运营商应该考虑到这些干扰因素，尽可能共站或使用较小的基站距离，降低系统间干扰，提高系统频谱利用率。
在1920MHz频点附近，TD-SCDMA系统工作于上下行，WCDMA系统工作于上行。WCDMA下行频段和1920MHz频点有190MHz的频率间隔(3GPP TS25.141规范要求UTRA/FDD能够支持190MHz的收发间隔)。TD-SCDMA对WCDMA下行的干扰和WCDMA下行对TD-SCDMA的干扰主要是杂散辐射。由于有190MHz频率保护带，其干扰暂时可以不予考虑。
在实际建网时，可以采用频率隔离和天线隔离等手段减小系统之间的干扰，也可以充分利用地理条件，尽量增加基站间的隔离度，以降低干扰。
PHS与3G系统之间的干扰 目前，中国电信和中国网通运营的PHS系统主要使用1900MHz~1920MHz频段，与WCDMA规划的FDD上行频段1920MHz~1980MHz相邻，因此PHS系统与WCDMA系统之间可能存在干扰。考虑到两个系统使用的频段情况，WCDMA下行信号频段应远离PHS系统的频段。PHS和WCDMA系统共存时，主要有四种干扰，包括WCDMA终端干扰PHS基站、WCDMA终端干扰PHS终端、PHS终端干扰WCDMA基站，以及PHS基站干扰WCDMA基站。
当WCDMA基站和PHS基站共站址时，解决干扰的方法有两种，即空间隔离法和干扰源加滤波器法。其中，空间隔离有水平隔离、垂直隔离和倾斜隔离三种方法。
SCDMA与3G之间干扰 SCDMA系统俗称大灵通，脱胎于我国具有自主知识产权的3G技术TD-SCDMA。它融合了智能天线、同步码分多址以及全质量话音压缩编码等先进技术，在技术层面上全面超过了小灵通系统，具有辐射小、保密性好、通话质量高和不易掉线等优点。目前，SCDMA在我国市场，特别是“村村通”工程中稳步发展。随着3G系统的引入，国内无线通信领域将出现SCDMA与3G系统邻频共存的局面。由于发射机和接收机的非理想性，邻频共存的无线通信系统间会彼此产生干扰。
WLAN与3G系统的干扰 WLAN是利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，能够实现随时、随地、随意的宽带网络接入。随着应用进一步发展，WLAN正逐渐从传统意义上的局域网技术发展成公共无线局域网，成为Internet宽带接入手段。
WLAN系统占用的频段为2400MHz~2483.5MHz。 3G系统可能会对WLAN系统产生阻塞干扰，而WLAN频段与GSM/DCS频段间隔较远，通过滤波器的幅频特性完全可以避免阻塞干扰。
WCDMA的下行信号与WLAN系统产生的互调信号可能会落在WCDMA系统上行段，产生互调干扰。用户要结合实际要求来决定是否需要再增加隔离度。此外，WLAN系统与其他系统产生的互调信号也可能落在WCDMA系统上行段，产生互调干扰。
WiMAX与3G系统干扰 国际电信联盟ITU-R为3G的FDD和TDD系统划分了2.5GHz~2.69GHz频段。美国联邦通讯委员会在2004年允许固定微波业务使用2.495GHz~2.69GHz频段。相对于3G系统，WiMAX可以更好地提供宽带多媒体业务。虽然WiMAX的安全系统还不够完善，但802.16e标准中已经提出了一些解决可靠性问题的措施。未来，WiMAX很可能作为3G的补充形式，与3G系统同时存在。
随着相邻频率信号干扰比的增大，WiMAX系统对WCDMA系统上行的干扰减小，WCDMA系统容量损失随之减小。在相同信号干扰比的情况下，随着WiMAX和WCDMA基站距离间隔的增大，WiMAX系统对WCDMA基站的干扰相应减小。在3G网络商用化的过程中，设备厂商应该考虑到不同网络间存在的干扰，设计出更合理的终端及网络产品。
解决系统间干扰的方法
未来，通信网络中多种系统共存的状况是不可避免的，减少因不同系统共存而导致的干扰成为亟待解决的问题。
笔者认为，应从两个方面来解决这一问题，即频谱规划和具体抗干扰方案措施。网络运营必须获得许可运营频段。政府如何划分有限的可用频段，并根据实际市场状况分配资源将直接影响到各运营商及设备厂商的具体方案实施。这需要政府对运营商进行协调，合理地进行频谱规划。各运营商和设备商必须采用有效的抗干扰技术来保证系统的正常工作，如采用频率隔离、天线隔离及基站隔离等手段，也可采用共存滤波器提高收发机的滤波特性等。运营商在建设多个网络的时候应合理规划，尽量避免工作频率相邻的不同系统的基站共址工作，而增加基站间的空间隔离度能有效减少干扰。
未来的网络将是一个更加复杂、多元化的网络，还会有UWB、Wi-Fi等移动网络和数字卫星电视等广播网络。这些网络之间也会存在一定干扰。市场及技术的成熟将加速三网融合的进程。目前，我国有关部门正在研究和制定宽带无线多媒体方面的标准。
链 接:干扰的类型
无线通信系统间的干扰主要有杂散干扰、互调干扰和阻塞干扰。
杂散干扰 主要是由于接收机的灵敏度不高造成的。发射机输出信号通常为大功率信号，在产生大功率信号的过程中会在发射信号的频带之外产生较高的杂散。如果杂散落入某个系统接收频段内的幅度较高，则会导致接收系统的输入信噪比降低，通信质量恶化。
关键词：空时编码； 多输入多输出； 分层空时码； 空时格形码； 空时分组码
中图分类号：TN929.22-34文献标识码：A文章编号：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
随着全球移动通信用户的不断增加，为了满足无线通信信道可靠并且高速的传输需求，已经形成了多种高效的调制和编码方案。然而，无线信道易遭受到各种时变特性的衰落，例如：多径衰落、干扰和噪声等，分集技术是对抗无线信道衰落的一种有效方法［1］。空时编码技术则是利用多发射和多接收天线，将发射分集和接收分集相结合，在通信的发射端与接收端建立起多条链路。它可以有效地抑制干扰，提高传输质量，降低误码率，并获得较高的编码增益和分集增益。简而言之，空时编码技术就是将编码、调制、发送分集和接收分集有机地结合在一起，利用无线信道的多径传播特征，有效地补偿信道衰减，增加系统容量，抑制噪声和干扰的新的信道编码技术。它充分有效地提高了多径衰落信道的传输性能 ［2］。
本文根据空时编码的设计目标，分析讨论了三种空时编码方案，对其进行了性能分析以及比较。
1 多输入多输出系统
所谓MIMO系统就是在无线通信系统的接收端和发射端采用多根天线进行数据传输。MIMO技术有效地利用随机衰落和多径传播来获得高传输速率和质量，它的优势可以在散射物丰富的环境中得到充分的体现。
如图1所示，信源以二进制数字信号的形式进入一个空时编码模块，通过映射复调制和编码，被映射成为几个单独的符号流，通过不同的天线将每路符号流发射出去。符号流的独立性、冗余性取决于映射方式或者信道编码的方式，可以根据要求的性能进行设计。MIMO系统的实质就是为无线通信系统提供一定的空间复用增益和空间分集增益。空间复用增益可以大大地提高系统的传输速率，而空间分集增益则是提高传输的可靠性，降低系统的误码率。将空间中的多根天线在时间域和空间域结合起来处理，是实现空间复用增益和空间分集增益的有效方法［3］。
图1 MIMO系统原理框图MIMO系统有效地提高了无线通信系统的传输性能，它充分有效地利用了信号的所有空时频域特性，主要有以下特点：
(1) 空域和时域联合起来进行信号处理，大大地提高了系统的传输性能。
(2) 利用或减去无线信道中的多径衰落，将多径这一物理现象由有害变为有用。
(3) 在不增加带宽的情况下，可以获得额外的通信质量或者容量的改善，提高频谱利用率。
空时编码是一种应用于MIMO无线通信系统的编码技术，该编码技术是在多根天线和各个时间周期的发射信号之间产生空域和时域的相关性，使接收机克服MIMO信道衰落和减少发射误码，从而实现MIMO信道无线系统容量的显著增加［4-5］。下面介绍空时编码技术的三种编码方案。
2 分层空时编码
分层空时码(Layered Space-Time Code，LST)最初是由贝尔实验室的Foschini提出的，因而被称为BLAST(Bell Labs Layered Space-Time Code)，它是一种同时在时间维度和空间维度上进行编码的技术，使得编码端的复杂度随天线数目的增加而线性增长。
分层空时码的基本思想是将高速业务分为若干低速业务，通过普通的并行信道编码器编码后，再进行分层的空时编码。调制后用多根天线发送，实现发送分集。它的发送模型如图2所示。
图2 分层空时编码发送模型在接收端，用多根天线接收，信道参数通过信道估计获得，分层判决反馈干扰的抵消由线性判决反馈均衡器实现，然后进行分层空时译码，由单个信道译码器完成信道译码，接收模型如图3所示［6］。
图3 分层空时编码接收模型分层空时码根据映射方式的不同可以分为对角分层空时码(DLST)、垂直分层空时码(VLST)和水平分层空时码(HLST)。
对角分层码具有较好的空时特性及层次结构，但是有传输冗余，存在频谱利用率损耗。垂直分层空时码和水平分层空时码的空时特性及层次结构较对角分层空时编码差，但是没有传输冗余，其中，垂直分层空时码特性及层次结构比水平分层空时码要好，水平分层空时码不存在子数据流之间的编码，空时特性最差，因此，在实际中，垂直分层空时码V-BLAST的应用最为广泛［7］。
3 空时格形编码
空时格形码(STTC)最初是由AT&T实验室的V.Tarokh等人提出的，它在不牺牲带宽的情况下不仅可以提供尽可能大的分集增益，还可以提供较高的编码增益。空时格码STTC编译码的基本原理如图4所示。
图4 空时网格码的实现框图待发送的信息比特流经过格形编码转化成可以同步发射的矢量码元。格形编码一般有QPSK-TCM,8PSK-TCM,16QAM-TCM等机制。接收机对STTC的解码也有多种方式，通常采用Viterbi-MMSE算法来译码。
图5为基于QPSK调制的4状态STTC的状态转移图。
图5 基于QPSK调制的4状态STTC 的状态转移图编码器有4个状态,每接收2比特输入信息后,编码器从一个状态跳转到另一个状态,并输出相应的码字。例如编码器处于零状态时,当输入的2比特信息分别为00,01,10,11时,对应的编码输出的星座点对是00,01,02,03。其中第一个数字是天线1发射的信号,第二个数字则是天线2在同一时刻发射的信号［8］。
STTC有以下很难克服的缺点：一是频带利用率不随天线个数的增加而增加；二是译码复杂度随着分集增益r和频带利用率b指数增长，即使r，b都比较小，译码复杂度也会很大；三是当状态数比较大时，设计STTC的好码字也有一定的难度。因此，STTC在实际中的应用受到了一定的限制。如何用更好的方法解决这三个问题则是今后空时编码技术的重要研究方向。
4 空时分组编码
空时分组码是一种能够提供满分集增益，具有非常低的编码和译码复杂度的多天线发射系统。Alamouti提出的两根发射天线的空时分组码方案可以提供完全发射分集增益，而且译码时只需要在接收端进行简单的线性处理，简化了接收机的结构。
Alamouti空时分组码编码器的原理框图如图6所示。在第一个时隙将复码元信号s1和s2分别从两个天线上同时发送；在第二个时隙，天线1和天线2分别同时发送信号-s*2和s*1(“*”表示求共轭)。
图6 Alamouti空时分组码编码器的原理框图STBC译码是利用其正交性,采用最大似然算法实现的。与最大比合并(MRRC)相比，STBC能得到相同的分集增益且具有很低的译码复杂度,易于实现。这种两天线方案可以被扩展到任意数目天线的情况使用。假设收端采用一根接收天线，Alamouti方案接收机的原理框图如图7所示［9］。
图7 Alamouti方案的接收机5 性能分析
根据以上对三种空时编码技术的分析，将其性能进行比较，总结如下：
分层空时码(BLAST)方案直接采用分解复用实现编码，每个天线发送的都是完全独立的调制信号，且以相同的载波发射。这种方法将无线信道多径效应产生的独立空间衰落全部用来提高数据率。BLAST以分集增益为代价换取高的频带利用率，适用于多径较为丰富的室内传输环境。
空时网格码(STTC)以频带利用率为代价来换取大益，是分集增益和编码增益的折衷，是编码、调制的联合优化，数据率的提高呈指数增长。
空时分组码(STBC)也是以频带利用率为代价来换取最大的分集增益，特点是译码算法是线性运算，比较简单，但频谱利用率较低。表1对上述几种常用的空时码结构进行了简单比较。
6 结 论
空时编码作为一种把编码、调制和空间分集结合起来的先进技术，是3G/4G技术中的一个重要部分，可见其在下一代移动通信技术中有着广泛的应用前景。本文介绍了MIMO系统中常用的三种空时编码技术方案，将这三种方案做了较直观的比较，以便对空时编码技术进行有针对性的研究。
参 考 文 献
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关键词：无线通信；环境适应性；热设计；腐蚀；灰尘
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
运营商降低TCO，主要包含降低建设成本（CAPEX）和维护成本（OPEX）两方面。为了降低CAPEX，通信设备尤其是接入网设备的工作环境，从机房、空调方舱等被改变为包括室外柜、弱电井、楼道、车库、铁皮柜等各种复杂环境，同时对通信设备提出了体积小、重量轻、安装成本低的要求，还要维持设备本身的低成本；为了降低OPEX，设备要尽量降低功耗、尽可能地被室外化、工作环境相对过去高温化，以节省电费，同时还要求设备尽量减少维护，以降低维护人工的成本。接入网电信设备从精密、娇贵的设备，已经变成无所不在的IT化设备，甚至工作环境更为恶劣。简易机房土坯墙面脱落，设备工作环境的恶劣情况如图1所示。
在这个背景之下，电信设备近年来面临各种新的环境适应性问题，设备设计的一些思路也需要有发生转变，从遵从标准到理解标准，满足应用场景，以适应不同的应用需求。
对设备在不同环境下工作以及设计约束的研究，传统上属于可靠性方面。但是，传统的可靠性方法，并没有针对实际工程应用给出足够的指导意见。设备设计制造需要对环境适应力的深入理解和把握，以及从系统多个维度上进行平衡。
1 研发过程的可靠性方法
传统的可靠性增长方法，主要从可靠性预计和可靠性指标分配开始，通过预算、设计、控制等过程，保证产品的质量[1]。
可靠性预计基于对器件失效模型的认识，通过概率与数理统计方法，首先对系统建立可靠性数学模型，然后评估其平均无故障时间（MTBF）、平均恢复前时间（MTTR）等指标。参照的方法很多来源于美国军用手册MIL-HDBK-217。但是，这些方法在实际应用中有非常大的局限性，存在估算数据不准确，参考意义不足等诸多问题[2-3]。
有一些人认为，这些方法估计不准确的主要原因是在于手册制订时间过早，电子工业经过多年的发展，手册不符合实际的情况，有一些通过经验进行修正尽量使得估计准确。但是仍然有很多因素使得估算不能准确进行：一个主要因素是失效模型受到诸多外界因素的影响，故障往往都不是模型中考虑的，多为过应力使用、非设计场景的恶劣环境等，无法在模型里考虑充分；另外一个主要因素是系统模型异常复杂，实际的分析不可行。
以目前通信基站系统来看，一个系统中存在若干个单板，有一些故障模式并不能完全用串联或者并联描述，存在关联性。每个单板中可能存在超过100～200种、数千个物料，存在多种失效模式。失效模式、失效模式对应的器件范围，甚至一种失效模式在不同的情况下对系统的影响均不相同。这样，使得可靠性预计更加困难，难以有效实施。而且，随着IT化和商用货架产品（COTS）的广泛使用，可靠性分析对设计的指导作用更加有限。从设备设计和生产实际的经验认为，主要的设备故障和异常往往来自于环境等外部不可控因素影响，而不是部件自身老化或者偶发失效，这也使得可靠性预计的准确度大大降低。
有一些更激进的观点认为，可靠性预计已经变成数字游戏，对产品的质量和设计没有指导意义。能够保证设计系统可靠的是可靠性增长试验和失效物理（可靠性筛选和监控属于控制范畴，本文不讨论）。
失效物理通过研究某一种因素对部件的影响，分析部件会在何时、何处、何种原因，发生何种类型的失效。通过研究扩散、相变、腐蚀、应力、静电泄放等物理化学过程对器件的影响，来分析器件可能产生的问题。失效物理的分析为进一步的改进和增加可靠性提供了很好的基础（分析的例子如图2所示）。
目前可靠性增长试验中，应用较为广泛的包括四角测试、强加速寿命试验（HALT）等，还包括盐雾、灰尘、湿尘、振动、渗漏等。这些试验有意无意地采用失效物理分析的一些因素，例如HALT实际上考虑的是高低温应力、高低温循环带来的应力、叠加强振动等，来寻找系统设计的薄弱环节；盐雾考虑的是腐蚀的问题；振动主要评估结构在应力下的表现。因为设备寿命远远长于试验所能够接受的周期，在可靠性试验设计中，常常也采用加速的方法，加大应力（电压、温度、湿度、温变速率等），增加样本数量，来评估系统实际工作中的寿命。图3就是室内无线基站设备的加强灰尘试验，评估极端灰尘环境对设备连接可靠性和散热的影响。这些试验对改进设计、提高实际应用的可靠性起到了很大的作用，也是设计中保证设计指标的必要手段。但是为了控制分析的复杂度，试验剖面设计一般只针对某一类应力、机理或者失效模式，和现场应用的复杂环境有所区别。
系统设计上，要综合考虑可靠性方法、电路设计方法、结构设计、环境设计方法等，结合降低CAPEX和OPEX的要求，确保设备的可用性。
2 设备常面临的环境问题
设备工作的环境情况非常复杂。北大西洋公约组织将全球的气候根据温度和湿度作了划分，作为设计指导的依据[4]。温度和湿度对设备存在一定的影响，但是设备的工作和更多的环境因素、人为操作因素相关联。美国军用标准MIL-HDBK-338B第7部分，对环境因素和对设备的影响进行了一些描述，但是也没有给出设计指导意见[5]。
因为环境对设备的影响相互关联，很难独立的进行分析。本文尽量将关联的因素进行归类，分析对设备带来的影响以及设计应用中需要进行的考虑。
2.1 散热及相关
温度对设备有很多方面的影响，与散热相关的设计是设备最关注的方向之一，并且和包括灰尘等方向相关联。
从可靠性角度来看，温度影响着器件内粒子的扩散速度，过高的温度会加速迁移的速率，最终导致器件的失效。同时，温度还会加速腐蚀的进行。温度的昼夜、季节变化导致设备各个部件的热胀冷缩。热胀冷缩率的不同，对器件封装、组装等各个环节产生循环的应力。温度对设备寿命的影响在可靠性分析中已经有很多的研究，一般认为，温度每升高10度，设备的寿命缩短为原来一半。
从可靠性预计角度来看，为了延长设备寿命，应该使设备保持较低的温升。实际上，为了满足日益增长的处理复杂度需要，设备的集成度持续提升，设备比以往要耗散更多的电力。要把这些热散出去，需要增加设备的体积，或者增加设备的风流量，增加辅助的散热设施。这些措施的采用，直接抬高了CAPEX；降低设备温度，还意味着风扇/空调的转速更高，作为运动部件的风扇，比电子零部件更容易失效，这也就意味着降低温度实际使得设备更容易失效；更大的风流量，也意味着防尘网需要更频繁的清洗，增加了人力维护成本；更大的风流量，还意味着更多的耗电、更大的噪音。作为设计折中，系统设计中，比较倾向于让器件的工作温度在保证降额的情况下，贴近高温区，减少散热带来的电费增加以及风扇磨损、噪音等相关问题。不但如此，系统设计中让设备工作温度靠近高温区，还可以降低设备内湿度。但是，贴近高温区，也可能使半导体器件漏电导致设备消耗更多能量，需要平衡各因素进行考虑。
一般设备设计上已经考虑使得零部件在设计寿命内工作处于浴盆曲线的底部，在设计范围内工作时温度并不是设备发生故障的主要原因。设备损坏主要的原因常常来自于一些不可控制因素，使得工作环境超过设计能够支持的极限温度。从功能性能角度来看，温度会影响数字逻辑器件的工作频率，使得设计裕度被打破而导致功能异常；有的器件，例如恒温晶体振荡器（OCXO）内部具有加热恒温槽，在外部温度低于内部温度下才能起到恒温的作用，当温度范围超出标准时，时钟保持性能可能受到严重影响。这些都还是可恢复的异常。在更恶劣的情况下，芯片的漏电流随着温度升高以指数方式增大，在额定温度点附近功耗随温度快速增加，反过来带动芯片的温度进一步增加而导致热失效；高温下焊点、机械结构可能由于蠕变而失去强度；PCB板可能发生碳化、分层等失效[6]。
设备设计上更关注的是如何使得这些外部的异常更不容易发生，异常发生的时候系统如何自动保护，同时兼顾越来越精细的OPEX优化考虑。第一，对工作的环境提出了更明确的要求，根据实际的气候、业务模型等条件，把设备的工作环境作为一个系统来进行指标分配设计及综合成本评估，而不是只关注设备本身；第二，当服务质量许可的情况下，当出现异常状况时，系统通过自动降低负荷，甚至局部断电的方式进行自我保护，在异常解除时恢复工作，增强实际的可用性和可靠性。
随着多年的扩容、2G向3G换代以及多网多制式的共存，单个站点的容量密度也远高于过去。没有重新设计的机房或方舱，可能对设备的工作环境带来较大的影响。文献[7]给出了机房换气设计的要求。如果机房达不到要求，则会导致设备过温。在实际应用中，因为空调设备被盗、损坏，通风装置损坏或者过滤网被堵塞等情况经常出现。有的站点建设时间较早，容量很低，经过长期运行通风设施存在问题。存在问题的设施如图4所示。当进行更换扩容后，这样的站点经常频繁出现高温告警。
设备散热设计通过仿真、测试验证的方法在行业内已经广泛使用。通信设备内部相对环境均存在一定的温升，基本不存在除设备本身发热之外的其他热负荷，所产生的热量基本属于显热，主要通过强制对流进行散热，这样使得我们在考虑散热的计算时候相对较为简单。在保持对流空气温升一定的情况下，单位功耗需要的空气流量是一定的。这个是设备设计的物理限制，无法突破。散热需要的空气体积可用如下公式计算：L = Qs/（Cp×ρ×ΔT），其中L为空气的体积，Qs为显热，Cp为空气的平均比定压热容，在设备的工作范围内，可以认为是一个常量，ρ为空气的比重。假设设备设计最高工作环境温度为55℃，允许出风口空气温度为65℃，温升10℃，系统热负荷为700 W，则系统一个小时需要的风量约为200 m2。
这只是一个指导性的结果，不能替代系统内部的热设计，但是综合考虑设备风速、通风口面积等设计，如果不能达到这样的风量，则只能降低设备的热负荷，增加允许的系统温升，或者采用其他补充的散热方式来满足散热要求。
在高海拔区域，因为气压下降，风冷的效果会受到进一步的影响。但是高原地区一般也不会出现高温等环境，设备的散热环境并不会将最差因素叠加。在整个热系统设计中，可以根据实际情况，做出成本优化又能保证可靠性的设计。
综上所述，散热的设计不仅仅涉及到器件的可靠性，而是要考虑整个系统的工作模式以及降低CAPEX、OPEX的需求，结合设备外运行环境如噪声要求等协同解决，在各种相互矛盾的限定因素中平衡优化。在空间受限、集成密度高、空间局限的情况下，噪声和风扇的耗电相对就会较大，如果希望低噪音，就需要加大通风口的面积，降低风速，或者控制设备内处理功耗，降低集成密度。对于环境温度很高，甚至考虑采用压缩机等制冷设备散热，但是也可能会带来更高的能耗和噪音，同时压缩机热端同样也需要考虑如何散热。
2.2 灰尘、油烟
灰尘、油烟对设备最主要的影响体现在散热上。灰尘会堵塞防尘网或空气过滤设备，附着在散热器上的灰尘，还会直接影响器件散热。灰尘还会带来其他一些影响，例如在连接器上堆积的灰尘，可能影响到新插入组件的连接可靠性。一般情况下，连接器设计的滑动行程和摩擦力已经考虑了插入过程推开灰尘，但是偶发的大颗粒灰尘堆积存在隐患。中兴通讯软基站设备采用了连接器保护一体式假单板设计，经过多种试验分析，能够有效防止这样的问题发生，同时还兼顾平衡风阻的作用。
根据中国大气监测的情况，很多城市地区总悬浮颗粒物（TSP）平均保持在2级，即0.2 mg/m3的水平上[8-10]。新闻报道显示在2006年4月沙尘暴天气下，北京TSP达到0.35 mg/m3，峰值达到2 mg/m3。按照多地区平均水平0.2 mg/m3来算，根据上面散热能力的计算，700 W系统散热每小时气流中所包含的颗粒物约为0.04 g，每年通过系统冷却系统的悬浮颗粒物约为350 g。如果对空气过滤，这些灰尘会使得系统的维护周期大大缩短，维护工作量以及OPEX上升。实际上，如果不过滤，大部分颗粒物会直接穿过系统，只有一小部分会在系统内，主要在气流受到阻碍的区域堆积，例如连接器。大量的分析认为，这样的颗粒灰尘对系统可靠性的影响并不大，系统防尘设计上，应该让这样的灰尘无障碍的穿过系统。
在多个现场采集的灰尘分析中，很多灰尘呈现絮状、纤维状，来源可能是植物（如杨树、柳树飘絮）、摩擦脱落的衣物纤维、植物焚烧产生的飘浮物等，这些纤维状灰尘吸附在空气过滤设备上，积累后就会增加系统风阻，影响系统散热，同时，随着空气过滤系统的网孔堵塞，更小颗粒的灰尘会被过滤，系统堵塞速度变快。因为气流摩擦产生静电的关系，絮状及颗粒状灰尘也会吸附在包括风扇扇叶、单板上，部分影响到系统的散热（如图5、图6所示）。在这种环境条件下，要通过过滤、隔离等手段，尽量避免灰尘进入设备，在防护设施上，也需要考虑增加通风面积、定期除尘等方式，保证整个环境的散热通畅。
灰尘中存在的盐类会吸收空气中的水分引起腐蚀。如果现场存在高湿度、甚至油烟，如老式建筑居民楼道、地下车库、农村民房等，灰尘会更容易黏附在设备上。在个别地方，甚至出现过设备防水百叶窗开口以及通风孔全部被灰尘及油烟混和物堵塞的现象。在这种场合下，往往结合腐蚀危害，需要整体考虑，采用例如热交换器柜等防护设备，在存在难以清理的油烟等环境条件下，应尽量避免安装设备，如不得不安装，应尽量采用密闭型的自然散热设备。
工业上对灰尘的处理有很多经验，包括惯性除尘、喷淋、过滤、静电吸附等多种方式得到应用[11]。对于通信设备，灰尘没有工业环境恶劣，而能够提供的动力、空间都非常有限；设备分散安装在各个站点，维护周期长甚至希望能够免维护，同时不允许出现高噪音、强烈振动。可以采用的主要就是惯性除尘、过滤等方法，减少一部分进入设备的灰尘。
从上面的分析可以看出，对于系统的防尘设计，也需要结合实际环境因素以及降低CAPEX和OPEX的需求。对很多室内应用，可以允许灰尘直接进入和穿过设备，减少维护开销；对于部分恶劣环境，考虑增加过滤装置，但需要考虑装置的容尘能力以及维护开销；对于部分运营商愿意进行设备维护，不希望灰尘进入设备的，可以使用防尘网；对于存在腐蚀性物质等的环境，要考虑采用内外环境隔离的设备。
2.3 湿度和腐蚀
从功能和性能角度，湿度和温度一起影响到空气和板材的介电常数，有可能减少高速设计的裕度，引发设备误码率增加等异常。从设备可靠性来看，湿度会加速腐蚀的发生，使得灰尘、有害气体等对设备的损害加剧。对于部分工艺不良的器件，空气中的水汽可能带来破坏性的后果。例如当半导体芯片钝化层不良时，在潮湿空气中可能发生内部分层，通过非偏置的高度加速应力测试（uHAST）试验可以识别此类工艺缺陷；密封不良的电阻器可能因为空气中含硫，发生硫化而损坏，需要通过选型规避。
一般认为，金属在洁净大气中，在相对湿度小于60%～70%的干燥大气中，发生腐蚀的速度非常慢，当相对湿度大于60%～70%时，腐蚀速度大大加快。如果空气中存在H2S、SO2等气体时，腐蚀速度也会加快。临界湿度随着空气成分、金属成分不同而有差异，积尘中的粒子也会增加吸附而导致腐蚀速度增加。但是总体上可以认为，通过控制使相对湿度小于60%，可以防止大部分大气腐蚀的发生[12]。
控制湿度的一个重要手段就是控制温度。设备中空气被加热时主要是显热增加，饱和水气压增大，绝对水气压并没有变化，导致空气的相对湿度降低。假设设备入口处的空气湿度接近饱和，设备内空气温升达到10度左右，即可以使得空气相对湿度降低到60%以下，避免腐蚀的发生。这个方法存在局限性：第一，为了保证低湿度，对空气进行加热，使得设备工作的温度升高，对于需要高温运行的设备，相当于恶化了设备的工作温度环境；第二，空气在设备中是逐渐被加热的，在进风口附近，湿度较高，灰尘堆积也较多，更容易发生腐蚀。
因为上述原因，一般认为，大部分单板上因为自热温升，可以认为正常环境腐蚀发生很慢。通过湿尘试验也可以对设备的自身对灰尘、湿度、盐分的抵抗能力进行预评估。对于腐蚀更容易发生的位置，如风扇、设备进风口等部件，要考虑防护。当环境十分恶劣时，需要考虑增加隔离等防护措施。对于维护要求低的部件，可考虑三防工艺，但是三防工艺会增加成本，加长加工周期，影响维修，喷涂还会增加对环境的污染。
根据经验，化工厂、港口、地下车库等，湿度很大，存在大量有害气体或盐雾，甚至机房环境在蓄电池使用不当的情况下，也会出现漏酸等情况，对机房内设备带来危害（如图7所示）。无防护的设备的腐蚀尤易发生在通风部件，对腐蚀的部件进行成分分析显示，腐蚀物主要的成分为硫和氯（如图8所示）。
目前的基站设计电路组装密度很高，中兴通讯软基站室外产品一般都采用纯自然散热或者热交换器柜，避免直通风场景。虽然直通风或者透气过滤膜能够降低设备成本，但是灰尘堵塞（透气膜产品）、对进气预加热以降低湿度的设计降低了散热能力，加之有害气体、灰尘、盐雾直接进入设备等问题，降低了产品的适用范围。对于环境洁净、抗腐蚀能力强、成本敏感，或者内部有蓄电池的设备，可考虑使用直通风设备。
2.4 其他问题
设备及相关配件在长期工作中，还会面临各种其他问题，例如雷击、水浸（水滴）、日晒、人为因素等等。
在夏季，雷击和水浸的问题相对较多。光缆加强筋、动力线引雷，加上有的机房接地装置安装不良甚至被窃，导致设备接地不良，可能使设备造成雷击伤害。设备工作环境的控制是一方面，另一方面室内设备的一些防护指标，按照标准已经不能满足现场的实际要求，实际控制要在标准上有所提升，但是又不需要达到室外的防护标准，形成对实际工作环境理解后的设计要求。设备设计上也往往会根据使用的经验，做高于标准要求的设计。
有的机房存在渗漏滴水，在6—7月雨季，雨水从机房屋顶渗漏，进入室内设备并可能在设备内部形成局部积累，造成短路，设备设计上要尽量做到防滴，但是这样又可能增加设备尺寸、并对上下直通风道等热设计方式带来影响。
室外安装设备长期暴露在日光下，日晒会为带来设备额外的热负荷，需要使用遮阳棚/罩等方法避免日光直晒；日光照射导致的冷热循环盈利，以及紫外线对漆面分解，可能使得漆皮老化剥裂，塑胶套管脆化。
这些因素和设备相关，但很多已经不属于设备设计解决的范围，需要从多方面分析和解决。运营商和施工单位在进行机房设计建设的时候，需要考虑实际应用的不确定因素，控制施工质量，根据实际环境需要进行合理的辅料选材，为设备提供接近于设计指标的工作环境。综合设备异常损坏维修以及业务中断的成本，而不是一味的考虑材料成本，进行成本优化的工程设计与施工。
3 结束语
综上所述，通信设备的环境适应性设计，在可靠性物理的基础上，涉及到材料学、热力学、环境科学等多专业配合，需要结合很多实际工程环境和设备工作场景研究的经验，综合考虑运营商降低CAPEX和OPEX的需求，在一系列相互冲突的限定条件之中进行优化平衡。同时，通信设备环境适应性设计，在日益复杂的应用场景面前，无法只考虑设备自身，而是对环境也需要提出精细的要求，研究设备和环境的交互作用，通过设备制造商与运营商的共同配合与努力，确保整体方案的优化和可靠。
参考文献
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作者简介
郭丹旦，北京理工大学硕士毕业；中兴通讯股份有限公司系统架构师，从事无线通信软基站BBU硬件架构设计工作。
一、3G通信
3G通信技术的出现推动了煤矿无线通信技术的发展与应用，因为它进一步的提高了数字传输功能，对于煤矿之前所使用的无线通信系统而言，3G无线通信技术所覆盖的业务范围更广阔。目前，煤矿使用的3G无线通信系统在覆盖结构上可以分为分布基站和微微蜂窝。所以，煤矿使用的3G无线通信系统可以通过接口与矿井调度电话、行政电话互相通话，具有组呼、群呼等功能，其中也包括进行可视电话的通信。3G通信系统不仅有先进的技术与完备的功能，而且还有巨大的产业链，具体表现在：职场的商家较多；技术与产品可靠；产品较多，可对其转化为煤矿使用；有明确的发展方向；得到了政府的支持。即使3G无线通信功能强大，但是在无线数字宽带上有一定的局限性，对于工业电视而言，它是需要高宽带的系统，因此在设备集控与瓦斯监测方面得不到满足，3G也就不能替代wifi无线通信的能力。
二、无线通信技术的特点
为了改变前期煤矿通信系统的不足，现阶段国家提倡全程实现无线通信系统，利用无线通信系统实现煤矿信号的稳定传输。从使用无线通信的情况来看，煤矿使用无线通信技术的特点包括以下两个方面：1、高效。信号传输的效率较低是煤矿通信的常见问题，因为煤矿井下的复杂环境干扰了通信信号的传输效率，引起传输效率较慢。使用无线通信系统后，煤矿的内部信号传输就会得到全面的提升，信号的传递速率就会加快[2]。2、稳定。无线通信系统能记录煤矿的调度指挥过程的语音信息，是煤矿调度指挥的主要设备。无线通信所记录的语音信息，可以作为监督调度、事故发生分析的依据，因此无线通信系统具有稳定性。目前的无线通信系统都具有该特点，对于外界的干扰可选择最优的线路传输，增强了信号的稳定性。
三、发展
3.1构建设计煤矿的无线通信系统构建矿井高速光网络干线上的子系统，是为了不受煤矿井下复杂环境和无线传输特性的局限,这种构建设计具有优化组合的特点，但要对新煤矿和老煤矿的通信系统的构建设计进行区别对待，在此基础上本着技术改造、充分利用的原则，在技术、投资等方面找到最优的解决方法。线路负载、高压耦合等因素造成载频通信的不稳定，为了此问题的发生，该系统编程无线数据的耦合通道。因为最早的无线通信系统是泄露通信系统,因此，它没有任何的通信功能优势，但是泄露电缆的技术是成为无线通信系统的主要组成，尤其是在煤矿下的小面积通道及在一些特殊的环境下，可以作为天线使用，有着极大的影响。可以通过PHS(小灵通）、CDMA（码分多址）、WIFI（无线保真）这三种无线通信系统的技术特点进行比较，如表1所示：3.2方向随着社会的进步，我国的煤炭信息化水平逐渐完善，煤矿无线通信技术的使用也在不断的提高。从小灵通技术，无线保真技术到现在的3G与4G技术。将来的煤矿无线通信系统中，语音通信必须是具有较高的质量，但这只是煤矿信息化处理的一方面。随着4G信号的到来，井下视频监控、数据采集、信息、视频会议等都会出现在无线通信系统平台上。4G技术的发展为将来的煤矿无线通信系统做出了巨大的贡献，将是煤矿未来信息化的重要平台。此外，将来的无线保真通信系统会与无线局域网标准结合,使无线传输速率达到128Mbps以上，无线局域网标准是使用正交频分复用调制的技术与多入多出的技术，构成MIMO-OFDM通信系统；天线与无线电等技术，可以在一定程度上提升无线保真的性能；天线与传输系统的改进会加大无线通信系统的传输距离[3]。
四、结语
煤矿通信技术的不断发展与进步，为煤矿的生产提供了很多的方便与好处。煤矿通信系统在未来的发展中，传输能力会更强、覆盖范围会更广、使用功能更多。目前使用3G无线的用户较多，虽然其通信功能强大，但是在无线数字宽带上有一定的局限性，对于工业电视而言，它是需要高宽带的系统，因此在设备集控与瓦斯监测方面得不到满足，3G也就不能替代wifi无线通信的能力。
作者：张增平
关键词：无线通信；优点；数据传输；安全措施
中图分类号：E965 文献标识码：A 文章编号：
计算机网络覆盖面积拓宽之后，无线通信网服务面域也不断地扩大，但同样承受着相应的传输风险。通行运营商需强化无线通信系统的安全改造力度，为信息交换及传输工作创造稳定的环境。这就需要依据数据传输的具体风险，提出切实可行的安全防御决策。
一、无线通信系统的优点
传统通信系统使用较长时间后发现，发现有线通信存在着明显的弊端，如：距离短、成本高、信号差等，无法适应大流量数据信息传输的要求。无线通信是对有线通信的更新升级，具有明显的功能优点。有线通信仅适用于小范围的信息传递，遇到大范围信息交换便会出现信号不良、信息丢失等问题。无线通信网络覆盖范围可达几十公里，满足了大范围信息传输的工作要求[1]。如：远程控制系统是基于无线通信网络建立的新型服务模式，借助通信网络建立现代化数据传输体系，解决了用户在远端处感应数据信号的难题。伴随着时间的推移，无线通信系统将逐渐取代旧式的信息传递模式。
二、无线数据传输的安全风险
通信已经成为人们日常生活不可缺少的一部分，借助数据通信平台实现了数据信号的稳定传输。受到网络技术条件的显著，现代通信模式多数采用无线通信的模式，基本可以解决简单的数据传输要求。由于无线通信用户数量持续增加，对通信系统的数据传输造成了一定的风险，若不技术处理将会影响到信息交换的安全性。
1、信号风险。信号是由计算机服务器处理后的信息代码，用其作为无线通信网传输介质可起到较好的安全作用。无线通信系统服务范围面域较广，某个服务区内的用户数量可达数百万，超大流量信息传递易导致严重的信号感应风险[2]。例如，发射端与接收端距离相差数十公里，信号在传输过程中呈现“递减”趋势，基站无法感应信号而造成了传输中断的局面，这显然不利于用户信息的高效传递。
2、窃取风险。从小范围无线通信传输来说，信息在传递环节里也存在着较大的窃取风险，特别是商业信息传输常遭到非法人员的窃听、窃取。以语音信号传输为例，企业传输语音信息时未经过加密处理，实际传输环节可利用代码破解的方式获得信息，使大量机密性的商业信息被窃取，给商业经营带来了巨大的风险隐患。此外，数据信息传输时也面临着多方面的安全威胁，一些人为破坏也有可能造成信息的丢失。
3、干扰风险。从本质上来说，无线通信系统是借助电磁波介质完成的传输动作。受到外在环境变化的作用，电磁波信号传输时会受到谐波干扰，这种干扰现象会导致信息传递的强度减弱，信号传输流程变得更加混乱，进而影响了数据信息的安全系数。比较常见的，当电磁波传输至磁场较强的地方，磁场效应会冲击着电磁波的正常秩序，降低了整个信号传输流程的运作效率，不利于数据传输的持续性。
三、数据传输安全防御的综合措施
经过一段时间的推广使用，无线通信系统基本上取代了有线通信传输的作业流程，从多个方面改善了信息传输的运行效率。无线通信具有明显的高效率特点，如：数据处理速度快，节约了信息传输前的操作时间，方便用户传输的同时，带动了数据传输效率的提高。针对无线通信系统存在的传输风险，笔者认为，应完善无线通信的传输方法、传输线路、传输服务等三个核心方面，共同创造稳定有序的数据传输流程。
1、传输方法
新时期计算机网络系统在结构及功能方面都实现了优化升级，无线通信系统在计算机应用技术的带领下日趋成熟。安全数据传输的方法：①程序传送。利用程序中的指令控制外部设备与处理部件交换数据。②中断传送。由需要与处理部件交换数据的外部设备向处理部件发出中断请求，处理部件响应中断请求，暂停执行原来的程序，利用中断服务子程序来完成数据交换，交换完毕后返回到被暂停执行的原程序[3]。③直接内存传送。高速外部设备如磁盘或磁带请求交换数据时，由外部设备直接与内存交换数据。
2、传输线路
选定合适的数据传输线路，可降低无线信号传递的风险系数，常用线路包括：①低速线路。利用原有电报传输线路改进而成,有公共转接线路和专用线路。传输速率不大于200比特/秒。②中速线路。利用电话传输线路改进而成，音频信道公共转接线路的传输速率为600～1200比特/秒，专用线路的传输速率为2400～9600比特/秒。③广播传输。利用调频广播系统加添设备，把数据和广播节目一起广播出去，可由多个接收站接收[4]。还可利用卫星转播，卫星上转发器所能支持的最大数据传输速率为60～120比特/秒。
3、传输设备
计算机网络作为无线通信系统运行的主要平台，应不断地更新软硬件设施，为数据信息传递提供更加优越的配套设施。具体安全措施：①硬件。硬件是计算机执行程序指令的配套设施，硬件性能好坏基本决定了程序执行的最终效果。虚拟网络建成之后，还要注重硬件装置的改造升级，及时调整内网布置的服务器，以适应更大数据量处理的操作要求。②软件。软件主要是服务器完成操作任务的程序指令，完全按照用户编写代码给予对应的动作回应。为了提高服务器虚拟化的运行效率，用户需定期更新计算机软件系统的组织结构，使程序代码运作的流程更加畅通，防止数据容量偏大造成网络信号中断。
四、结论
通信产业是信息科技发展的必然产物，其意味着我国正式地开辟了高兴技术行业。信息科技发展背景下，无线通信技术成为了信息科技的创新点，彻底改变了早期有线连接的通信方案，解决了远距离信息传递的操控风险。依据无线通信系统潜在的安全风险，应从传输方法、线路、服务等三个方面制定安全防御处理，提高数据信息传递的安全系数。
参考文献：
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【关键词】 4G无线通信 网络安全 保护机制 硬件平台
网络安全是衡量移动无线通信系统实际应用价值的关键指标之一，网络安全问题广受社会各界人士的关注。4G无线通信系统虽然具有高度的实际应用价值，但是在运行的过程当中，依旧存在着部分安全问题，危及到用户的信息安全，同时也不利于运营商经济效益的提升。鉴于此，必须要在明确4G无线通信系统所存在的安全隐患的前提下，采取有效的应对措施，保证4G无线通信系统的网络安全。
一、4G无线通信系统的基本结构
4G无线通信网络系统很好地实现了各种制式的网络之间的无缝互联的目的，其核心网是基于全IP网络体系而构成的，应用效果理想。4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有QoS映射、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。这一服务能自适应多个无线标准及多模终端能力，跨越多个运营者和服务，提供大范围服务。与上一代的3G网络相比较，4G无线通信系统当的分组交换以及全IP核心网分别取代了3G网络的电路交换以及蜂窝网络，即便是在快速移动的环境当中，4G网络依旧可以为用户提供2―100Mbit/s的数据传输速率，给予用户更加流畅的上网体验。
二、4G无线通信系统所存在的安全问题
4G无线通信系统当中所存在的安全问题集中体现在移动终端、无线网络、无线业务三个方面，具体如下：
2.1移动终端方面
①移动终端的硬件平台不具备完整而全面的验证保护机制，各个模块遭受攻击者随意篡改的风险非常高，再加上移动终端内部的各个通行接口没有机密性的保护措施，用户所传递的信息容易被窃听，访问控制机制有待完善。
②移动终端的操作系统多种多样，各种操作系统多存在不同程度的安全隐患，在使用的过程当中，其所存在的安全漏洞会被无限放大。
③伴随病毒种类的不断增加与更新，传统的防病毒软件的体积也在随之增大。但是，移动终端的计算能力、电池容量、数据储存能力均是有限的，难以长时间地支撑起大体积的防病毒软件的运行需求，两者的矛盾性非常明显。
④移动终端所支持的无线应用非常多，包括电子邮件、电子商务等，其均是通过无线网络而实现的。大部分的无线应用其自身均存在固有的安全隐患，再加上相应的程序的安全漏洞，严重威胁着无线终端的网络安全。此外，木马、蠕虫等移动终端比较常见的感染性病毒也可通过这些无线应用而进入到移动终端当中，损坏或是窃取数据资源。
2.2无线网络方面
①无线网络的具体结构不同，非常容易导致相应的差错，所以要求无线网络必须要具备良好的容错性。
②不同的无线网络，其安全机制、安全体系、安全协议也必定不同，导致4G无线通信系统容易受到来自各个方面的安全威胁。
③一般而言，4G无线通信系统必须要与异构形式的非IP网络进行连接，同时依靠QoS实现高速网络速率传递。但是，在实际的操作过程当中，4G无线通信系统与异构形式的非IP网络连接，同样存在安全威胁。
④无线网络用户习惯在各个不同的系统当中随意切换与漫游，这就对4G无线通信系统的移动性管理性能提出可更高的要求。但是，目前我国的4G无线通信系统尚不具备良好的移动性管理性能，容易出现各种安全问题。
2.3无线业务方面
①无线业务与衍生的增值业务均以电子商务为主，整体呈现持续增长的趋势。但是，目前的4G无线通信系统的安全机制很难适应高级别的安全需求。
②目前的无线通信市场，利益争端因为多计费系统的参与而愈演愈烈，运营商欺诈以及用户抵赖等现象不乏存在。但是，目前的4G无线通信系统的安全方案无法出示绝对肯定性质的相关凭证。
③4G无线通信业务支持用户的全球移动性，这是其优点，也是其安全隐患之一。因为一次无线业务无可避免会涉及到多个业务提供商以及网络运营商，容易出现安全问题。
三、提升4G无线通信系统网络安全性能的策略
提升4G无线通信系统网络安全性能，主要在于安全策略、效率策略、以及其他的一些策略，具体如下：
3.1安全策略
①加固操作系统。建议所采用的操作系统必须要满足TMP的实际需求。确保混合式访问控制、域隔离、远程验证等具备良好的兼容性能，以提高4G无线通信系统网络的安全性能。
②加固硬件平台。应用“可信移动”的方案，添加可信启动的程序，对移动终端的数据储存实现有效的保护，提高检验机制的完整性。
③加固应用程序。在进行应用程序下载的过程当中，必须要进行合法性与安全性检验才能进行安装，避免其受到攻击者的恶意篡改，同时降低可供用户选择的不安全配置选项的比例。
④防护硬件物理。有针对性地提高移动平台硬件的集成程度，对遭受攻击的硬件接口的电压与电流，避免再次遭受物理性质的攻击。在必要的时候，允许将USIN以及TPM当中所储存的数据自动进行销毁，销毁的程度视安全级别而定。
3.2效率策略
①尽可能减少安全协议当中所要求的交互性消息的数量，同时尽量缩短单条消息的长度，要求简洁明了。
②在进行预计算以及预认证的过程当中，要求在移动终端处于空闲状态之下进行，以期充分利用移动终端的空闲时间。
③针对在较短的时间之内无法进行实质获取的无线业务，一般而言，可延缓提供服务的时间，采取滞后认证的措施，如果其可以顺利地通过认证，便向其按时提供服务，否则中止服务。
④对称性是移动终端计算的必备特征，针对比较庞大的计算负担而言，建议促使其在服务网络端完成，以起到缓解移动终端负担的作用，同时注意密码算法的选用，在选用密码算法之时，需要遵循资源少、效率高两大基本原则，摒弃临时身份机制以及缓存机制的使用。
3.3其他策略
①多策略机制。为不同的场景提供具有针对性的安全策略，以先验知识节约开销，保证效率，确保切换认证的效率高于接入认证。②多安全级别策略。使用场合以及使用需求的不同，其安全级别也是不同的，因此需要实施多安全级别策略，在电子商务以及普通通话之间划分鲜明的安全级别界限。此外，无线网络切换也需要赋予其不同的安全级别，例如4G用户切换至3G网络，那么安全级别也应当随之下调，并不是固定不变的。
四、结语
总而言之，4G无线通信系统所面临的网络安全威胁较多，相关从业者需要在明确4G无线通信系统所存在的安全问题的基础上，立足于安全策略、效率策略等方面，全面提高4G无线通信系统的网络安全性能。
参 考 文 献
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【关键词】分布式无线通信 无线网格 中继家庭小区
当前IP化、扁平化正在成为未来无线通信网络的主要特征，而分布式无线通信技术则是推动这一趋势的强劲动力。如今，3G技术已经拥有了越来越成熟的市场，LTE、UMB等3G演进技术也有了新的进展，IMT-Advanced重点项目的启动使全世界的目光都转向下一代移动通信系统的研究上。本文基于这一背景，分析了未来分布式无线通信系统发展特点，这一研究对于无线通信的发展具有一定的参考价值。
1 分布式无线通信技术的应用
分布式无线通信技术目前主要被应用于以下三个方面：无线网格（Mesh）、中继（Relay）和家庭小区（Home cell）等。
1.1 中继（Relay）分析
由于Relay技术可有效增强网络覆盖，被充分应用于802.16j中。802.16j不仅保持了对802.16e PMP模式的兼容性，还具备多跳中继功能，另外，它还改进了多跳连接模式，可进行RS转换和两种及以上场景的终端转换。因为增加了多跳机制、MAC路径管理、路由功能，引入中继节点会加大干扰管理的难度，对此，加强了RS在测量时的抗干扰能力。标准化等工作的开展始于2005年，现在还处于制定阶段，参加制定标准的主要是电信厂商与运营商。
1.2 家庭小区（Home cell）分析
不同于另外两种分布式技术，严格来讲，Home cell并非一种技术，但对现有的分布式技术而言，它是较具代表性的一种应用场景。具备分布式无线接入网络的优点是Home cell的特征，方便架设。另外，它某些方面的管理需要运营商参与。运营商可通过它实现室内覆盖规划，特别是以后无线通信系统频谱资源将慢慢转向高频段。对于运营商而言，这是一种全新的运营模式，大部分的网络管理要求用户参与。它除了可与Mesh技术相结合，建立一个综合型网络之外，还可当作是一个分布式接入点，增强运营商网络覆盖。
1.3 无线网格（Mesh）分析
因为Mesh技术的潜在功能十分强大，许多新的无线网络协议均适用于mesh组网，如：802.16、802.11s、802.15.5等，它们分别是城域网、局域网、个域网的代表，其中最受关注的就是802.11s。它引入了Mesh机制，从而改变了以往的WLAN AP布设方式，无需有线回程线路的支撑，终端之间可真正进行点对点的通信。多业务类型的QoS保障可通过改善802.11e EDCA接入控制机制来实现。采取恰当的拥塞控制机制以达到负载均衡的目标。目前，这项标准还处于讨论阶段，还存在一些未解决的技术问题。
2 未来分布式的网络架构
未来无线通信系统的架构在长期对分布式无线通信技术的分析中慢慢变得清晰了。中国移动此前的移动互联网国际研讨会上提出了以移动互联网为重点的端到端的综合解决方案，也就是WiiSE计划。
WiiSE的特点主要包括：无线多连接接入、扁平化全IP网络结构以及分布式信息存储与处理等，目标是建立新一代的集运营与管理于一体的移动互联网络。上图是其网络架构示意图，可将无线通信与互联网整合在一起，为通信与信息构建一种全新的环境。它的技术特点主要体现在以下几个方面：
IP网络中将包括移动终端。终端在WiiSE网络中的地位将会由被动转变为主动，其在网络中的影响力也会随之增强，作为一个节点而成为网络的一部分。具体来说，不同于传统的移动通信网络，将网络概念融入WiiSE中，使得终端也加入到接入网中，那么一切实现家庭或办公室与运营商网络或互联网通信的连接将消失，这样网络覆盖的动态扩展也就可以实现了。
异构无线接入网络。频谱资源不够将会是无线通信系统发展到一定时候的一个重要问题。可用于4G系统的频谱资源已在WRC 2007上得到了确定，其中某些资源3G系统也是可用的。运营商或许有多种无线接入技术的系统，不同的系统所占无线频段也各不相同。运营商应将这些系统有效的联系起来，采取异构网形式服务于用户，尽最大努力挖掘资源。
在接入网中，Mesh已变为一种重要的组网方式。如今，移动通信系统更新速度较快，网络建设规模也越来越大。如：基站架设，其成本主要有两块，即基站本身及其所需的回程连接。Mesh机制的引入，不仅可使基站回程连接的费用得到有效的降低，基站结构也因此得到简化，从而便于基站选址与架设。
在WiiSE RAN中，Ad hoc的应用倍受关注。Ad hoc网络工作方式较为自由，与P2P的方式比较接近，而这个是不被运营商所接受的。但要使移动终端加入到IP网络中则离不开Ad hoc的思想。运营商要求的对Ad hoc是可控制的，不仅可以通过Ad hoc来提高网络能力，还要具备监管认证、资源优化配置以及费用计算等功能。
通过WiiSE的特征可以发现，互联网是开放式的，而传统的电信网络是封闭式的，移动通信系统的发展需要介于这两者之间。要求是对Mesh与Ad hoc必须是可控的。但着眼于信息处理方式，则要求的是分布式信息存储及处理，用户与业务管理还是进行逻辑性统一控制。此外，核心网向扁平化与分布式方向演进也是一种趋势，其中演进思路就包括P2P，可将Skype的系统架构作为参考，实现分布式核心网的建立。
3 结束语
综上所述，分布式无线网络技术和许多新的业务模式（如：P2P）越来越成熟，且在运营商的网络中的应用也越来越广泛，不管是在硬件上，还是软件上，移动通信系统必将具备以下三个特征：分布式、可管理以可运营。不仅用户可以体验到随时随地的接入服务，对于运营商对认证和费用计算等需求也可以满足，真正达到双赢的局面。
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关键词：地铁项目；通信系统；方案
中图分类号：TN914文献标识码： A 文章编号：
1、地铁通信系统功能
地铁随着经济的快速发展，也得到了不断地发展，由于建造时间的差异性，地铁通信系统功能有很大的差别。一个通信完善的通信系统应有通话功能、呼叫功能、广播功能、存储和显示功能、监听和录音功能、检测功能等。
当然，并不是每个地铁无线通信系统都具有上述几个方面的功能，但上述几个方面的功能却概括了目前国内外地铁无线通信系统的基本功能。
2、专用无线通信系统方案构成
地铁无线通信系统的方案很多，但按工作频道的使用方式可分为两类。
2.1专用频道方案
专用频道方案的特点就是按用途配置频道，每个频道只作一种用途，不作他用，即使处于空闲状态。
专用频道方案可分为车站台方案和中继器方案，车站台方案又分为车站台转发方案和中心转接方案，中继器方案又分为单向中继器方案和双向中继器方案。根据地铁行车指挥特点，目前在我国地铁用得比较多的是车站台中心转接方案。
一个采用车站台中心转接方案并且满足系统功能的某地铁无线通信系统的系统构成如图1所示。
图1无线通信系统构成图(专用频道方案)
从图1可见，系统由运行线路无线和车辆段无线两个子系统组成。
运行线路无线子系统由位于调度中心的中心控制设备和行车、公安、防灾及维修控制台、位于车站的车站台(地下每站一个，当有地上车站和线路时，可根据场强配置设地上车站台)，以及列车台、各种用途便携台、传输用的音频话路等组成。
而车辆段无线子系统直接由控制台、基地台和列车台、便携台组成。
2.2共用频道方案(集群方案)
所谓集群(Trunking)，指的是不按用途配置频道，而是为所有用户共用，实现设备和频率共享。集群方案可分为小区制、中区制和大区制，目前在我国地铁用得比较多的是大区制。一个采用大区制集群方案、并且满足系统功能的某地铁无线通信系统的系统构成如图2所示。
图2无线通信系统构成图（集群方案）
从图2可见，系统由位于调度中心的中心设备，位于车站的车站射频中继设备(地下每站一个，当有地上车站和线路时，可根据场强配置设地上车站射频中继设备，或由中心基地台场强覆盖)，以及列车台、各部门便携台和传输光信号的光通道等组成。
3、通信系统方案比选
两种方案都能满足系统功能的要求，但在基本性能和其他性能方面有着相当大的差别。
3.1基本性能
1.分析
基本性能指的是系统在一定呼损率E下能够容纳的话务量A。
在工程设计中，需要忙时话务量的指标，每一用户的忙时话务量可用下式表示:
(1)
式中
a—每用户的忙时话务量;
a—每用户在一天内的呼叫次数;
b—忙时集中率二忙时话务量海天话务量;
t—每用户通话占用信道的平均时长。
关于话务量的单位，我国通常以爱尔兰(Erlang)表示，即在(1)式中t以小时计。
很显然，在呼损率E保持不变的条件下，系统最多能够容纳的用户数M由下式决定:
(2)
如果假定:用户数M足够大，大于频道数N，并且单位时间的呼叫次数与系统已呼叫的用户数无关，是
一个常数，而且通话时长的概率分布服从指数规律，则可得呼损率E和A、N的关系如下式:
呼损率E表示呼叫失败的概率。
根据(3)式，可得E和A、N之间的关系表—巴尔姆表。
表1为巴尔姆表的摘录:
表1E和A、N关系表
通过对(2)和(3)式(或表l)的分析，可得在呼损率E不变的条件下，A越大，系统容纳的用户数M越多;另一方面，A越大，如果系统容纳的用户数M不变，则呼损率E越小。因此，系统能够容纳的话务量A很好地表示了系统的基本性能，是判断系统方案优劣的基本参数，它直接决定了系统的用户数和呼损率，而用户数和呼损率直观地表示了系统的优劣。
3.2计算
为了对两种方案进行计算比选，需要说明的是:
3.2.1考虑到本集群方案采用集中控制方式，设有1个专门的控制频道，因此应用(3)式或表1时，频道数
N应为实设频道数N减1.
3.2.2对于专用频道方案，应用(3)式或表1时，应理解为频道数N=1的N´个相互独立的无线系统。
3.2.3设呼损率E-0.5、0.1,0.2，而a二3次/(天·用户),B=0.1,t=2min呼=0.X33 h/砰。
计算如下:
按(1)式，求出a -0.q1，查表1求出A，再应用(2)式求出用户数M。求得不同频道数和呼损率下两种
方案的系统容量和用户数比较表如表2。
表2两种方案系统容量和用户数比较表
注:有中所列为用户数N，系统容量A=M·a
根据表2，可得两种方案系统容量和用户数比较图如图3所示。
从表2和图3可见:当实设频道数N=1或2时，专用频道方案系统的系统容量和用户数大于集群方案;但当N=3以后，集群方案的系统容量和用户数大于专用频道方案，而且随
频道N的增加，K值迅速增加，当N到达一定值后，增加平缓;并且，随着呼损率E的减小，K值加大。
图3两种方案系统容量和用户数比较图
3.3其他性能
3.3.1扩容
一个城市往往不止一条地铁(目前许多城市的规划都是多条地铁)，当一条线路修好后，再修建新的线路，这时不但移动用户数增加，而且固定用户(每条线路都设相应调度员，还有车站值班员)也增加，因此需要扩容。可以说，扩容是系统方案必须考虑的重要问题。很显然，扩容和原来系统的容量有关。
根据方案原理，对于专用频道方案的扩容，为了使各条线路的用途分开，为了不降低呼损率(根据基本性能计算，专用频道方案的系统容量都很小)，扩容就是建立新的无线系统，原来的无线系统仍归原来的线路使用，因此频道数和设备都成比例增加，成本也成比例增加。而对于集群方案的扩容，原来的无线系统新的线路仍然可以使用(只需部分增加设备)，并且根据基本性能的计算，集群方案的系统容量相当大(例如，从表2可见，对于呼损率E=0 .05，即使3个频道时，集群方案的系统容量已为专用频道方案的2.4倍)，因此往往不需要增加频道或者增加1个频道，就能够达到要求，因此只部分增加成本。
以某地铁为例，设有5个频道。参见表2:当呼损率E=0.05时，对于专用频道方案的用户数M=26.5而集群方案的用户数M=152.2，即集群方案的用户数为专用频道方案用户数的5.8倍，也就是说，采用集群方案时这5个频道可供将近6条线路共用而呼损率保持不变;而对于专用频道方案，保同样的呼损率，每新建一条线路就要增加一个5频道的专用无线系统。因此，无论是频道数和硬设备，集群方案的扩容都比专用频道方案优越得多。甚至可以说，当一个城市需要修建多条地铁，并且如果地铁又有地面线路、依靠空间隔离场强很难分开时，采用专用频道方案简直是不堪设想的，而必须采用集群方案。
3.3.2占用无线电频率
无线电频率是一种宝贵的不能再生的自然资源。在基本性能相同的前提下，占用频率的多少也是评价系统方案优劣的一个重要指标。
本集群方案由于采用大区制，移动台在整个工作区域都采用相同的工作频率，因此每个频道只需占用2个频率。而专用频道方案的运行线路无线子系统，为了避免车站台对移动台的同频干扰，车站台需采用两组不同频率交替配置，因此每个频道需占用3个频率，多1个频率。
以某地铁为例，需设5个频道，当采用专用频道方案时（见图1),1频道:F1-1, F1-2 , F1-3运行线路行车专用，2频道:F2-1, FZ-2 , F2-3运行线路公安专用，3频道:F3-1, F3-2, F3-3运行线路防灾专用，4频道:F4-1, F4-2、 F4-3运行线路维修专用，5频道:F5,F5´车辆段专用，共计14个频率。当采用集群方案时(见图2) ,5个频道为运行线路和车辆段共用，1频道:F1,F'1,频道:F2,F´2, 3频道:F3,F'3,4频道:F3F`4,5频道:F4,F'4，共计10个频率，因此集群方案比专用频道方案节省了4个频率，很显然集群方案优于专用频道方案。
3.3.3频率切换和频道转换
专用频道方案为了避免同频干扰，当移动台从运行线路—无线管区进人另一无线管区时，其接收频率需切换通信才能正常进行，同样当移动台出、人车辆段时，也需转换频道，这种切换和转换都借助于场强自动进行。但是，当地铁存在地面线路和车站时，其场强往往很难于与车辆段的场强截然分开，因此频道的转换很难于自动实现。而集群方案移动台频道的转换是由中心控制的，与移动台所在位置无关，因此良然不存在这个问题。
3.3.4呼叫功能
由于集群方案采用专门的控制频道实现呼叫，因此在任何情况下呼叫都不受影响，而专用频道方案通话频道兼作呼叫用，当通话时该频道的呼叫就不能进行，因此前者呼叫功能更完善一些，特别是紧急呼叫更为迅速和准确。
3.3.5检测功能
由于集群方案采用专门的控制频道实现检测，因此通话时除了通话的移动台外，对其他移动台的检测不受影响。而专用频道方案采用通话频道兼作检测用，因此通话时该频道所有移动台的检测均不能进行。很显然，集群方案的检测功能更强一些。
