时间：2022-08-19 05:08:24
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篇无线通信论文，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。
［论文摘要］随着现代科学技术的飞速发展，构建完善坚强可靠的电力通信网，显得越来越重要。文章结合电力通信的特点和需求及无线新技术的特性，分析无线通信技术在电网通信中的应用前景。
一、概述
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
（一）无线通信技术的概念
目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
（二）无线通信技术的发展现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。
总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。
（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。
（4）UWB：UltraWideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。
三、无线技术优劣分析
（一）WLAN技术分析
Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
（二）WiMax技术分析
WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。
（三）WMN技术分析
WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。
（四）3G技术分析
3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。
（五）LMDS技术分析
本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。
（六）MMDS技术分析
MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。
（七）集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。
数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。
（八）点对点微波通信技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。
（九）卫星通信技术分析
利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。
但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。
四、无线技术综合比较
目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。
首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。
从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。
从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。
从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。
从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。
从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。
1无线局域网的应用优势
对于办公地点来说，一旦架设了有限网络，就很难对其进行更改，而且重新布线施工是一个耗时、耗力、耗钱的过程。所以，相对来说，采用无线网络就能够尽量减少这种情况的发生，还能够节省时间和人力，最为重要的是了节约经济成本。采用无线网络易于扩展。在无线局域网中具有多种配置方式，因此用户可以根据具体需求来对其进行灵活的选择。无论是从只有几个小用户的小型局域网还是拥有上千用户的大型网络，都可以采用这种网络方式，这是有线局域网所不能比拟的。
2无线局域网的基本设备
无线网卡、无线AP、无线天线和无线路由器都是无线局域网在组建过程中的基本设备。下面本文将对这些设备进行具体分析。
2.1无线网卡网卡又被称为网络适配器，它是将计算机和网络电缆连接在一起的基础设备，因此，只要采用无线信号，计算机之间就能够进行通信和数据传输，其功能和普通的电脑网卡相同，区别只是在于不用进行有线的连接。
2.2无线AP无线AP指的是无线接人点，英文缩写为AccessPoint,主要用于无线网络的无线交换机中，它是无线网络的核心。一般情况，无线AP主要用于家庭、大楼以及园区的内部，如果移动计算机的用户想要进入网络中，就需要先进入到有线网络的接入点中，从而使得信号的覆盖范围远达几十米，甚至到上百米。
2.3无线天线无线天线是指在信号传输过程中，将传输线中的电磁能转化为自由空间的电磁波，或者是将空间内的电磁波向传输线中的电磁专用设备转化。一般当无线网络的网络设备之间相距较远时，信号强度就会随着距离的增加而不断减弱，与此同时，信息的传送速度也会降低，这样就会导致无线网络没有办法正常的运行，这个时候就又要借助无线天线来增强所接受或是传送的信号，保证无线网络的正常运作。
2.4无线路由器人们所熟知的无线路由器是指带有无线覆盖的路由器，一般在路由器的应用下，可以实现用户上网和无线的覆盖。另外，无线路由器可以将其无线和有线连接的终端都分配到一个子网中，从而使得子网内的各种网络设备更加方便的就能进行数据的交换。
3结束语
综上所述，无线局域网将网络和移动设备完美的结合在了一起，具有架设灵活、铺设速度快等优势，因此在是生产和生活中得到了广泛应用。与此同时，我们也应该看到，随着科学技术的发展，无线局域网络还有较大的上升空间，会给用户带来耳目一新的新面貌。所以，我们在应用无线局域网络的同时还需要不断思考无线局域网技术的前进方向。
作者：颜亚楠单位：渤海大学工学院
1.1移动终端的硬件平台饱受威胁。当前，移动终端的硬件平台普遍缺乏验证机制与保护机制，以至于部分模块固件被不发入侵者肆意篡改，加之终端内部的通信接口未形成集聚完整性与机密性的保护机制，导致移动终端内传出的信息被黑客窃听，对其基本安全性造成极大威胁。
1.2由于4G无线系统包含着许多种类，但操作系统的安全性却相对匮乏，因而出现了许多漏洞，而且这些漏洞具有公开性特征。
1.34G无线系统的移动终端具备支持多种无线应用的功能，例如电子邮件、电子商务等。假使这些无线应用本身在程序方面存在着漏洞或安全隐患，同样会对4G无线通信的网络安全性造成极大威胁。
二、提升4G无线通信网络安全性的主要策略
由于有线网络和无线网络在基本特性方面存在着较大差异，因此在设计无线通信的网络安全方案时，应当充分考虑其兼容性、安全性以及效率性等因素，从而最大限度提升4G无线通信的网络安全性。
2.1研发与利用加固型操作系统
为了规避安全问题，在选择操作系统时，应选择满足TMP需求的操作系统，能够支持远程验证、区域隔离以及混合访问控制等操作。
2.2采取硬件物理保护措施
通过加大无线通信测试平台硬件的集成度，减少存在攻击威胁的接口数量，并适当增加电压、电流以及温度，以此方式达到检测电路的目标，以防采取物理检测措施时被攻击。此外，针对TPM和全球用户识别卡中的相关数据，还应当根据安全级别进行销毁处理。
2.3不断加固硬件平台
把中国移动互联网可信应用平台视作网络安全问题基本防护对象，除了对其进行全方位检测以及可信启动之外，还应予以存储保护等安全措施。同时，由于4G无线通信的核心网是TD-SCDMA，尽管不对称管制、起步晚以及备受怀疑等主客观因素对其发展产生了一定的影响，但TD-SCDMA的整体发展趋势十分明朗，同时还取得了较大成功。而随着TD-LTE的不断推行与普及，其发展事态已远远超过TD-SCDMA，全球范围内TD-LTE的商用网络总数已达到13个，其发展与应用必定会成为大势所趋。
2.4提升通信服务效率
由于无线通信的网络资源有限，为了提升网络资源的可靠性、安全性与有效性，首先应当控制安全协议的信息交互总数，确保安全信息的精准性与短小性。其次，控制移动终端的任务数量，针对4G无线通信的网络终端制定明确的标准，要求其计算能力具备明显的非对称性。最后，针对处于闲置状态的移动终端，必须加以有效利用，从而实现预计算、预认证的目标。
三、结束语
对无线通信网络进行建模，很难将其宏观和微观特性同时表现出来。传统的数学模型能够宏观地展示网络结构，但由于其特有的抽象性，很难直观感受到网络节点之间的连接关系。而采用复杂网络的观点，将通信网络中节点的信道由网络边权来表示，能够更好地从微观上理解节点之间的耦合关系，构建复杂网络的基础就是图论模型[16]。图论是一门很有实用价值的学科，它在自然科学、社会科学等各领域都有很多的应用，为物理模型和数学描述之间搭建了一座连接的桥梁。假设任何一个网络都可以由点集V和边集E组成的图G=(VE)来表示。V中的元素称为图G的顶点，E中的元素称为图G的边。如果E中的元素没有指明方向，则图G为无向图，否则为有向图。
1.1节点度
度是在网络模型中刻画某个节点属性最基本同时又是最重要的概念。将无向网络中的节点i的度ki定义为与节点i直接相连的边的数目，而称网络中所有节点的度的平均值为网络的平均度，记为k。
1.2聚类系数
由图论原理，聚类系数表示了一个图形中节点聚集的紧密程度。如果一个节点有k个邻居节点，那么这k个邻居节点之间最多有k(k-1)/2条边。则聚类系数定义为：
2网络故障参数
本文所研究的无线通信网络中，如果节点出现故障信息，则节点会将故障沿着网络拓扑渗透到每个节点，网络中节点的连接关系由邻接矩阵A给出。节点是否会感染故障，与故障大小、节点容错能力、节点感染概率和故障触发方式等参数有关。
2.1故障大小
无线通信网络中影响网络运行的故障大小定义为故障强度FI，故障强度越大，其传播能力越强，本文中定义FI{12345678}。
2.2容错分配方式
故障强度大小意味着外来因素对节点的干扰影响，而节点本身对这些影响的处理应对能力称为容错能力，容错能力的大小从另一个层面决定着故障是否会通过节点并继续传播。容错能力越强，对故障的处理能力越强，故障越不容易继续传播；容错能力越弱，节点处理故障能力越弱，就越容易被感染。对于无标度网络，少数节点具有非常大的度，因此各节点被感染的概率不同。以下研究两种不同的容错分配方式：均匀分配，各节点的容错能力符合均匀分布，即FtiU(08)；重点分配，定义各节点的容错能力与其连接关系的紧密有关，即其中，si表示节点i的度，save表示无线网络的平均度，ci表示节点i的聚类系数，cave表示无线网络的平均聚类系数，FI表示此时无线网络的故障等级。
2.3感染概率
在故障信息传递过程中，与故障节点有直接连接关系的节点是否会受到故障的干扰，与它们之间的调用频度有着很大的关系。例如，当节点i发生故障时，故障信息传递到节点j后进而可能引起j的故障。3.4故障触发方式网络故障的触发通常有两种方式，一种是随机触发，即随机选取一些网络节点作为故障初始节点，通过与其他节点的相互调用将故障传递至整个网络；另一种是恶意触发，选取度相对较大的节点作为初始故障节点，那么在很短的时间内，故障信息就会由故障节点传递给直接相连的网络节点，进而造成级联故障。
3网络故障传播算法
当网络中的故障沿着网络拓扑传递给其他节点时，每一次传递称为1步或1跳。在本文的仿真中，规定故障按照以下算法进行传播：Step1：获得网络初始结构和网络参数。给出网络的初始节点数m0，每次引入新节点时连接到已经存在的m个节点上，且有mm0，网络邻接矩阵为A。新节点与已经存在的节点v的连接算法伪代码为：FORk=m0+1:N初始化网络规模M、第k个节点位置坐标；统计每个节点的连接数占整个网络连接的比重p（i）；FORi=1:m生成随机数random_data；IFp（i）大于random_data则将节点i与新节点相连ELSE节点i不与新节点相连ENDENDENDStep2：获得网络故障参数。根据不同的容错分配方式和故障等级计算得到N个节点的容错能力和感染概率。其伪代码描述为：IF容错能力重点分配计算每个节点度的容错能力ELSE容错能力平均分配计算每个节点度的容错能力上述算法的时间复杂度为Ο(N2)，根据以上算法，构建了无标度网络为无线通信网络的基本模型，并根据不同的故障参数组合对网络中的节点进行了故障感染。构建由点线组成的线图模型，结合不同的网络故障参数，能够更直观地获取故障在网络节点中的传播情况。
4数值仿真及结果分析
4.1网络模型特性分析
在本仿真分析中，选定网络初始节点数m0=300，通过改变网络增长规模和由新节点引入网络的边数，研究网络模型的特性。对于构建的无线通信网络拓扑结构，图1（a）显示了当网络增长规模为500时，改变每个节点连入网络时引入的连接边数，节点的度与连接边数有着良好的线性关系，呈现稳步递增的趋势。图1（b）显示了对于相同数目，由新节点引入网络的连接边，在连接边数较低的时候，网络节点的平均度随网络规模的增加反而呈现出递减的趋势。但是随着连接边数的增多，各种情况的网络连接度都有所增加，且网络规模越大，梯度越陡，增速越快。平均度越大说明节点间联系越紧密，然而在实际应用中，通信节点之间过于频繁的连接势必会增加无线网络的成本和通信信道开销，造成网络拥堵、信号延迟等一系列问题。由邻接矩阵，可以得到一个节点与其他节点的连接关系，从而得到一个节点的“重要程度”。度大的节点在网络中扮演着信号基站的角色，表示网络中会有更多的节点与之相连，一旦这些节点发生故障，则会导致网络的部分瘫痪甚至全部瘫痪。由图1（c）可以发现，初始节点数m0一定时，随着网络规模的增加，节点度大于平均节点度的节点个数由递减逐渐转变为递增。这说明在网络增长规模不大的情况下(N=400)，随着连接边数的增加，较少的信号基站就能完成传递信号的任务。如果网络增长规模较大(N=900)，就需要较多的信号基站来完成中转任务。这说明无线通信组网要综合考虑基站建设的成本和网络规模的大小。
4.2网络故障传播
故障参数对于故障在网络中的传播具有很大的影响。选择初始故障节点个数n=30，故障等级为4，分别选择两种不同的容错分配方式和故障触发方式进行比较分析。从图2（a）中可以看出，如果初始故障节点选择为度较大的节点，节点的容错能力符合均匀分布，则故障会根据调用次数的大小依概率传递给相邻节点，进而导致故障很快遍历整个网络；如果选择度较小的节点，容错能力根据故障等级、节点度大小、节点聚类系数大小而确定，则每个节点对故障都有很强的适应性。对于随机触发的网络故障，图2（b）给出了改变故障等级对网络级联故障的影响。图中初始故障节点个数n=50，容错方式Ft是重点分配，对故障在FI=2、FI=4、FI=6、FI=8下进行比较分析。从图中可以看出，随着网络故障等级的增加，每步故障节点的个数也在增加，在更短的时间内达到整个网络的全局故障。图2（c）表明节点的容错能力对网络故障扩散的影响。图中初始故障节点个数n=50，故障等级FI=4，对容错能力分别在Ft=2、Ft=4、Ft=6、Ft=8下进行比较分析。随着整个无线网络的容错能力提升，延长了整个网络陷入故障的跳数，说明提高网络节点整体的容错能力，对于抑制故障在拓扑网络中的扩散，有着积极的作用。图2（d）表明初始故障节点数目对故障传播的影响。图中FI=4，Ft重点分配，网络增长规模为N=500，分别对初始故障节点数n=30，n=50，n=70，n=90下进行故障扩散比较分析。从图中可以看出，如果网络中初始故障节点数越少，故障在整个拓扑网络中的扩散就越慢。因此，对于无线通信网络中的各个节点，必须要提高信号基站对干扰信号的抑制和容错能力。一旦发现故障信息在节点之间开始传播，应该立即对无线通信网络进行故障诊断，及时找出故障节点并将其修复，维持整个无线网络控制系统的稳定性。
5结束语
如果能在单一架构下管理多个无线网络的实时数据,或者说在单一架构下管理统一后的单一无线网络的实时数据,应该是过程行业用户一致的要求,所以我们说多种无线通信技术标准的融合是一个大趋势,它可以提供远程操作的更高可靠性和更低成本。三大无线国际标准合作的技术基础原本是存在的,因为ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底层协议都是IEEE802.15.4,而提供芯片和通信协议栈的商家往往同时提供这几种技术的部件,即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA阵营内,还包括有很多相同的会员。作为ISA100的核心成员单位的尼维斯(Nivis)公司一向以其管理和优化网状网络的软件而闻名,同时在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN开发基于标准的无线网状通信堆栈方面拥有丰富的知识和能力。
尼维斯公司目前是我们所了解到的唯一同时提供ISA100.11a和WirelessHART两种流程行业无线产品供应商,比如其无线节点和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型号是相同的,使用户能够在单一的硬件上运行任何一种标准。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a标准,也支持WirelessHART标准,拥有在同一平台上运行的软件,VersaRouter910是一个双启动硬件(Dualboothardware),是集全功能于一身,专门为客户准备好提供的无线解决方案设计的工业级无线路由器。中科博微公司是可同时提供WIA-PA、WirelessHART两种流程行业无线产品供应商,比如其无线网关既有属于WIA-PA无线网络的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002种型号的网关,又有属于WirelessHART无线网络的WHT-GW1250网关。北京天宇蓝翔科技发展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART两种无线网络产品。在ISA100.11a和WirelessHART问世之初,在ISA名下成立过ISA100.12工作组,负责寻找将WirelessHART和ISA100.11a无线标准融合的技术途径。当时认定实现无线标准融合技术途径的唯一方法是提案申请,后有3个团队提出申请。
但最终这些团队没有解决以下核心问题:网络规范的定义能够取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2个现有网络的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供应商的两个团队都不能接受修改自己基础网络的要求,因此无法达成任何妥协协议。其原因非技术方面,而是集中在营销效应方面。因此在2013年,ISA100.12工作组已决定放弃在无线通信技术标准融合方面的努力。ISA100.12工作组中的最终用户曾建议的融合备选方案是供应商可提供同时对ISA100.11a和WirelessHART无线网络进行操作的产品,即“双启动”产品的解决方案。2010年初,德国测量与控制标准委员会NAMURPressRelease(公告),开始提出单一(融合)工业无线标准(仅过程自动化领域)的要求,建议三个标准合并为一个IEC标准。2010年8月在伦敦的Heathrow(希思罗)机场召开了工作组第一次会议,工作组即以希思罗命名。2011年3月底在瑞士的融合工作组会议形成备忘录决定成立技术工作组,重庆邮电大学是希思罗工作组的5名核心成员之一和技术工作组主要成员。
技术工作组首先完成“三个标准的异同”资料的编辑,然后达成分三步开展工作的共识,第一步是实现三标准共存,如图1所示,第二步完成渐进式融合,第三步以单一的OSI/ISO层过程仪表协议的现场设备、统一的接入点、统一的网关实现标准的最终融合,这里的现场设备、接入点、网关均以希思罗命名。2012年12月现场总线基金会(FF)宣布与国际自动化学会自动化标准委员会ISA100合作提出了一个通用的框架,允许多个工业通信协议通过共享无线集成架构在过程自动化系统中运行,使现场总线连接到远程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有线H1协议集成到单一的标准化环境中,这称为基金会的远程操作管理ROM,这是通过第三方的开放融合,以便为用户提供更高的可靠性和更低成本的远程操作。这个框架保持了“基础设施”战略,而不是试图在无线设备水平方面竞争。
2、系统架构的创新
霍尼韦尔公司2004年推出工业无线变送器——基于ZigBee无线技术的XYR5000无线压力变送器,载频为902MHz~928MHz,以此为基础的无线网络系统构成如图2所示。作为网关设备的基站WBR与各种类型的XYR5000无线变送器可直接通信,最大数量为50台,最大距离610m。基站还可有线接入最多25个AO/DO组件,基站与控制系统的连接有RS485ModbusRTU接口,还可提供RS232到WMT无线管理工具上显示。随后IEC三大国际标准的早期无线网络系统的架构是由网关和无线现场设备组成,如横河电机无线系统的早期架构是YFGW710现场无线一体型网关和现场无线设备,一台网关可接入最多10台(刷新率1s)或50台(刷新率5s)现场无线设备,如图3所示。艾默生过程管理公司下属的罗斯蒙特公司真正针对流程行业无线网络系统的研究始于1998年,2006年推出的智能无线解决方案是采用900MHz,2007年以后在欧洲和亚洲则推出2.4GHz的解决方案。早期无线网络系统的架构也是由网关和无线现场设备组成,可能会包括适配器等设备,同时每一台无线现场设备还可作为路由器将其他无线现场设备的信息传送到网关,如图4所示。
2007年6月11日,霍尼韦尔公司推出基于ISA100.11a思路的OneWireless无线网络方案,采用了XYR6000变送器,载频为2.4GHz。推出OneWireless无线网络后,系统架构也在不断更新,较早的版本是2009年4月的120版,当时作为网关的是多功能节点;2011年9月200版的新功能包括无线变送器无路由功能改为路由功能可选、增加了现场设备接入点FDAP、增加了HART适配器等,2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP节点设备、CiscoWLAN控制器;2013年4月210版的新功能包括在线
无线设备授权等新功能。AP节点设备被分为两类:网格接入点(MAP)和根接入点(RAP)。网格接入点是Mesh网络的远程接入点,它作为ISA100.11a无线现场设备网络和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi网络的接入点,这是所有接入点的默认角色。对下层ISA100.11a无线现场设备网络来说,每个网格接入点都可以发送和接收来自无线现场设备的消息,同时,它又作为一个路由器,为其相邻网格接入点以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi网络转发消息,从而在2层网络中为无线设备和主机应用之间实现数据传输,通过转发过程,数据可以找到通过中间网格接入点抵达目的地的最佳路径。 如果一个链路因为任何原因而出现故障,网络会自动通过其他路径安排数据传输,直到数据抵达网关为止。根接入点通过光纤、有线以太网或电缆连接器连接到有线网络或服务器,作为到有线网络的“根”或“网关”,它必须在接入点配置时设定为根接入点。通信时,网格接入点通过网格接入点之间的路径或直接传送到根接入点。在这种网络拓扑结构中,接入点之间有许多冗余路径连接,因而特别可靠。随着网络规模的增大和网格接入点数量的增加,有必要使用多台根接入点以保证无线网络所需的性能和吞吐量(如图5所示)。推荐根接入点对网格接入点比值为20,这意味着,最多20个网格接入点可以共享相同的一次和二次根接入点,由于每个网格接入点可接入数十台无线现场设备,每个根接入点可接入20个网格接入点,而根接入点又可以多个同时接入交换机,其应用规模可满足数百点到数千点的大型无线网络的要求。
艾默生过程管理公司在WirelessHART网络中也推出了CiscoAP节点设备作为构成回传网络节点的接入点,菲尼克斯公司在WirelessHART网络中也推出了可与该公司多台WirelessHART网关组成骨干网络的WLAN接入点,且都通过Wi-Fi传送采集的所有信息,同时,WirelessHART网络也可接收支持802.11Wi-Fi通信的无线设备的信息。随着工业无线网络将过程控制延伸到工厂现场的各个角落,其应用越来越普及,单个应用实例的规模也越来越大,已突破一个工序或一个车间的范围。在这种形势下,流程行业无线网络设备的制造厂家不失时机地推出可覆盖整个工厂的全集成式多用途无线网络。这样的网络中既包括简单的无线现场仪表网络,也覆盖多种无线应用的场合。创新的系统架构主要体现在接入点设备作为主干网络节点,比如OneWireless无线网络先后推出的现场设备接入点FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP节点,横河电机ISA100.11a无线网络的YFGW510现场无线接入点,艾默生过程管理公司WirelessHART无线网络推出的781远程链路、CiscoAP节点设备和WLAN接入点,菲尼克斯公司WirelessHART无线网络的WLAN接入点。这些设备具有骨干路由器功能,可将众多的无线现场设备的信息通过底层网络采集后,尽快地通过骨干网络传送到无线网关。这种将网关功能分离为接入点和现场无线管理站以及将信息传送分为底层网络及骨干网络的分层架构,不仅扩大了网络的规模、提高了信息传送速度,还能更好地实现同时管理多个现场无线子网通信系统的要求。
关键词：超宽带（UWB）脉形调制（PSM）正交改进型hermite脉冲
超宽带（UltraWideBand）作为一种新型的无线通信技术与传统的通信方式相比有着很大的区别。由于它不需使用载波电路，而是通过发送纳秒级脉冲传输数据，因此该技术具有发射和接收电路简单、功耗低、对现存通信系统影响小、传输速率高的优点，此外它还具有多径分辨能力强、穿透力强、隐蔽性好、系统容量大、定位精度高等优势。根据FCC的规定，从3.1GHz～10.6GHz之间的7.5GHz带宽频率都将作为UWB通信设备所使用。但出于对现存无线系统影响的考虑，UWB的发射功率被限制在1mW/MHz以下。
UWB是一种可以为无线局域网LAN、个人域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。它解决了困扰传统无线技术多年的重大难题，开发了一个具有对信道衰落特性不敏感、发射信号功率普密度低、不易被截获、复杂度不高等众多优点的传输技术。该技术尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。
图1
1基本概念
超宽带（UWB）又被称为脉冲无线电（ImpulseRadio）,具体定义为相对带宽（信号带宽与中心频率的比）大于25%的信号，即：
Bf=B/fc=(fh-fl)/[(fh+fl)/2]>25%(1)
或者是带宽超过1.5GHz。实际上UWB信号是一种持续时间极短、带宽很宽的短时脉冲。它的主要形式是超短基带脉冲，宽度一般在0.1～20ns，脉冲间隔为2～5000ns，精度可控，频谱为50MHz～10GHz，频带大于100%中心频率，典型点空比为0.1%。
传统的UWB系统使用一种被称为“单周期（monocycle）脉形”的脉冲。一般情况下，通过随道二极管或者水银开关产生。在计算机仿真中用高斯脉冲来近似代替它。由于天线对脉冲的影响不同，所以可以假设发送脉冲为：
而接收端收到的信号为：
tc是脉冲的时移，2tau为脉冲的宽度。图1给出了发射脉冲和接收脉冲的时域脉形。
2UWB的性能特点
超宽带有别于其它现存的一些通信技术，其最根本的区别在于无需载波，大大降低了发射和接收设备的复杂性，从根本上降低了通信的成本。
UWB的优点可以归纳为以下八个方面：
（1）无需载波，发送和接收设备简单。由于UWB信号是一些超短时的脉冲，其频率很高，所以它不象传统的基带信号那样需要将其调制到某个发射频率上才能在信道中传输。因此，必然会使发射机和接收机的结构简单化。
图2
（2）功耗低。由于UWB信号无需载波，工作在频谱的电子噪声波段，所以它只需要很低的电源功率。一般UWB系统只需要50～70mW的电源，而这只是移动电话的百分之一，蓝牙技术的十分之一。
（3）传输速率高。极宽的带宽使UWB具有很高的传输速率，一般情况下，其最大数据传输速度可以达到几百Mbps～1Gbps。美国英特尔公司于2002年4月在“IDF2002SpringJapan”上对该技术进行了演示，在数米的距离内传输速率可达100Mbps。
（4）隐蔽性好，安全性高。由于UWB信号的带宽很宽，且发射功率很低，这必然使该项通信技术具有低截获能力LPD（LowProbabilityofDetection）的优点。另外超宽带还采用了跳时TH（TimeHopping）扩频技术，接收端必须在知道发射端扩频码的条件下才能解调出发送的数据信息。
（5）多径分辨能力强。从时域角度看，超宽带系统采用脉冲宽度为几纳秒的窄信号，因此具有很高的时间分辨力，相应的多径分辨率小于几十厘米；从频域的角度分析，由于UWB信号的带宽极宽，所以信号在传输过程中出现频率选择性衰落出现是一定的。然而正是因为极宽的带宽，多径衰落只在某些频点处出现，从整体上考虑，衰落掉的能量只是信号总能量很小的部分，所以该技术在抗多径方面仍具有鲁棒性。
（6）系统容量大。香农公式给出
C=Blog2(1+S/N)(4)
可以看出，带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应，这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。
（7）高精度的距离分辨力。由于超宽带定位设备的时间抖动小于20ps，如果采用GPS相同的工作原理和算法，相应的距离不确定性小于1cm。而在实际应用中，超宽带雷达系统使用的超窄脉冲信号，其距离分辨率小于30cm。
（8）穿透能力强。在具有相同带宽的无线信号中，超宽带的频率最低，因此，它在具有大容量和高距离分辨率的同时相对于毫米波信号具有更强的穿透能力。
3UWB信号的调制方式
UWB的调制方式有许多，以脉冲调制PPM（PulsePositionModulation）为例作为一个举例分析。
首先定义一个单周期脉形：
s(k)代表信号kth,w(t)为传输的单周期脉冲。
将其移至每一帧的开始：
Tf代表脉冲重复周期，j表示第j个单脉冲。
加入伪随机跳时码：
最后加入调制数据：
其中，d(k)是信息数据，δ为时移。为了满足多用户的需求，提高通信的安全性和对系统功率谱密度PSD（PowerSpectralDensity）的考虑，引入了跳时码，下面就从功率谱密度的角度来分析这个问题。
假设采用图1（a）给出的高斯单脉冲作为发送信号，且只是一串周期性的脉冲序列，由于时域信号的周期性导致其频域出现了强烈的能量类峰，这些类峰将对现存传统的无线信号造成干扰。因此需要采取某种措施将其平滑。如果采用PPM调制对脉冲的位置做出调整，可以看到：由于调制的置乱效果，频域的尖峰得到了一定的控制，但此时仍比较明显。为了进一步降低类峰的幅度，引入跳时码，这样发送信号的功率谱就会得到进一步的平滑，几乎近似于背景噪声，这也正是UWB系统能与现存无线系统并存的原因之一。图2给出了上述不同信号的PSD图和引入跳时码后的时域波形。
除PPM外，UWB信号还可以采用脉幅调制PAM（PulseAmplitudeModulation），开关键OOK（On-OffKey）和二相移键控BPSK（Bi-PhaseShiftKey）等。在接收端，单脉冲信号可以通过相关技术实现可靠接收。实际应用中常使用相关器（correlator），它用准备好的模板波形乘以接收到的射频信号，再积分就得到一个直流输出电压。相关器输出的是接收到的单周期脉冲和模板波形的相对时间位置差，从输出中寻找时间位置差为0的即为要接收的信号。
为了追求更高效率的信息传输，近来人们提出了一种新型脉冲调制方式——脉形调制PSM（PulseShapeModulation）。PSM就是对脉冲的形状进行调制从而实现信息的载荷，因此脉冲形状的选择是十分重要的。它的提出得益于人们对hermite多项式的研究。由于hermite多项式的数学表达式与高斯单脉冲很接近，而且随着阶数的变化，波形的持续时间不会有很大的变化，因此人们便想到了用hermite多项式数的变化产生形状各异的脉冲，实现多元化的调制。为了寻求正交的波形，需对hermite多项式进行修正，即：
经过改动之后，便可以得到彼此正交的各阶hermite多项式了。这时可以在发送端同时发送n个不同形状的单脉冲，正交性使其互不干扰，接收端用相关接收技术即可把每一个信号分离出来。
图3给出了改进型hermite多项式时域波形。与此同时还可以通过搭建simulink电路得到想要的各阶hermite多项式脉冲。如图4给出了搭建电路和仿真波形。在simulink电路中，Hermite多项式的阶数由脉冲阶数单元控制，示波器1、2给出相应阶数和相应阶数减1阶的hermite脉形。
传输效率的提高带来系统性能的下降，这是许多系统所不能容忍的，因此需要进行编码。首先在形域采用BCH（7，4）对信号编码，这样一来传输速率是单脉冲的4倍，而误码性能则与单脉冲基本相同，随后在时域对信息帧进行BCH（31，11）编码，使性能进一步提高，最后还可以在时域和形域联合编码，误码性能会得到大幅度的改善，而传输效率仍然高于单脉冲系统。性能曲线如图5所示。
4应用前景和发展方向
凭借自身的众多优势，超宽带技术具有广阔的应用前景，UWB首先在美国军方和政府部门得到了实质性关注，并迅速应用于美国军队的无线电台组网（Adhoc）和高精度雷达检测系统中。2002年2月FCC准许UWB技术进入民用领域，条件是：“在发送功率低于美国放射噪音规定值-41.3dBm/MHz（换算成功率则为1mW/MHz）的条件下，可将3.1G～10.6GHz的频带用于对地下和隔墙之物进行扫描的成像系统、汽车防撞雷达以及在家电终端和便携式终端间进行测距和无线数据通信”。尽管该技术在应用中有如此多的限制，但它仍受到广大电信开发商的青睐。TimeDomain和MultispectralSolutions等公司已经向IEEE-802.15委员会提出了采用超宽带技术的议案，众多公司的研究部门乃至学校也都将该技术的研究提到了日程中来。许多现已成熟的技术纷纷与UWB进行结合，如UWB-OFDM、UWB-Adhoc、UWB-Wavelet、UWB-Neuralnetwork等，有的公司甚至已经利用这些技术生产出了实际的民用产品。
图4
笔者把超宽带技术的应用归纳为短距离无线通信、雷达探测和精确定位三个最主要的方面。其中在短距离无线通信中可用于密文传送、音/视频流传输、射频标签识别以及无中心自纺织网络（Adhoc）的物理层等领域；雷达方面主要用作防撞雷达检测、精密测高学、穿墙成像和探地雷达系统；精确定位则可用于资源跟踪和全球定位系统GPS（GlobalPositionSystem）。由此可见，UWB技术的背后蕴藏着巨大的商机。
当然，超宽带技术若要真正用于人们的日常生活，还有许多极具挑战性的课题，这也是超宽带技术近来乃至今后很长一段时间内研究和发展的方向。
（1）建立时域内的超宽带无线电发射器的模型，从时域角度设计天线的传输函数；
（2）研究超宽带信号产生和基本功能的优化；
（3）研究低电平赶宽带无线电信号集合而千万的干扰，有效平衡功率和通信范围的关系；
（4）超宽带跳时码的研究；
（5）研究移动Adhoc网络协议和路由协议，将超宽带技术应用于分布式的网络结构、盲捕获和自配置功能中；研究适用于超宽带类似于“蓝牙”系统的组网协议；
（6）研究基于超宽带无线电传输技术的无线IP协议；
（7）研究超宽带无线电的测试技术，包括传输信道的测试、估计、信道模型等。
（1）卫星接入技术。这种通信接入技术被广泛应用于房地产、金融以及教育领域，主要是由于其技术可以有效地实现高速度的互联网连接以及高速度的数据包发放。同时还由于此种接入技术的实施方法比较稳定，所以在各个领域被广泛应用。
（2）红外光通信接入。这种通信接入技术由于其传输速率相对比较高，它的速度频率大约在3MB/s-621MB/s之间，这样就可以有效的促进数据之间的高速度传播。同时此技术的传输距离可以高达100米左右，并且以红外光为主要的工作波段，这样既不需要对其进行频率波段的申请，也不会影响其他通信系统的运行情况。
（3）微波宽带接入技术。这种技术适应的频率段主要是在28GHz的周围，并且采用的是蜂窝方式的网络布局，这样就可以有效地降低因为传输距离比较长而造成的损失和能源消耗。同时还可以有效地减少无线通信发射的功率，由此可知，这种通信接入技术比较应用于双向数据和图像传输。
2无线通信技术在电力系统的应用
2.1无线通信技术在电力输配电系统中的应用
在电力系统中，有关状态信息的搜集和控制命令的发送主要是将输变电无线与光纤集成通信系统放置在网络通信层；变电站的中心站主要是通过电力特种光缆与部署在输电线路杆塔上的远端单元进行相互的连接，其中中心站还可以通过链式自组网的模式来有效地实现它们之间的通信，并且可以通过利用输变电中心站设备和远端单元有效连接的无线与光纤集成通信系统，这样就可以实现底层终端信息的汇总和采集。此外，还可以利用远距离传输的方式将信息进行汇集到输变电系统主站中。在电力系统中运用输变电的时候，可以有效地采用分布式中心站与链式组网两者相互相结合的方式，这样就可以更加充分地利用输电线路光缆资源，从而就可以有效地实现光纤与无线组合网络之间的通信。由于在电力系统中应用配用电的时候，它需求不同，这样就需要促使系统具备智能化的链路传输能力，并且系统还需要具备流量实时监测技术，从而就可以有效地实现系统性能的动态感知。除此之外，在对系统进行实际的监控和测量的时候，要对流量控制技术进行具体的分析和研究，从而才能使链路传输能够有效地适应网络系统的变化。在配用电应用的过程中，需要很大的终端数量，同时由于基站系统承受的压力比较大。所以系统在运行的过程中就需要具备海量终端，并且还要有一定的接入能力。除此之外，在利用调度算法对基站系统进行运算中还需要对终端用户进行数据传输的监测。
2.2无线通信技术电力系统内部管理中的应用
在发电企业，内部管理工作是非常重要的，首先无线通信技术可以有效地实现远距离延伸，其中有一些管理人员在异地出差，这样就不能连接电厂设备的实际情况，他们可以通过利用SIM卡和GPRS网络掌握电厂大型设备，例如：高压变频器等的运行参数，这样就可以方便电厂内部的管理，也有效地解决了距离远的问题，同时也为电厂节约了资源和成本。然后电厂设备如果在运行的过程中，发生了以外的事故，可以起到应急的作用，保证电厂通信网络正常的运行。可以实现小范围的覆盖，对于电厂、变电站等区域，应该考虑采用无线通信系统进行语音网、数据网的无线覆盖，在业务流量需要不是特别大的地方应用这种方式，这样就减少了电厂线路的布局，从而也方便管理人员对电厂内部进行管理。
2.3无线通信技术在电力通信系统中的应用
无线通信网络的研究对象在电力系统中的发电、送电、变电、用电等等一切与电相关的信息和环节，而无线通信技术就是对这些环节的整合，从而保证发电行业的自动化发电和电力生产、输送都更加安全经济。同时无线通信技术可以采用高压骨干网架进行远距离、大容量以及低损耗输送，这样就促进了电力系统的可持续发展。除此之外还可以有效地实现不同单位、机构以及装置的实时监测。
2.4无线通信系统在电力终端系统中的应用
1、多种无线通信技术标准的融合
如果能在单一架构下管理多个无线网络的实时数据，或者说在单一架构下管理统一后的单一无线网络的实时数据，应该是过程行业用户一致的要求，所以我们说多种无线通信技术标准的融合是一个大趋势，它可以提供远程操作的更高可靠性和更低成本。三大无线国际标准合作的技术基础原本是存在的，因为ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA的底层协议都是IEEE802.15.4，而提供芯片和通信协议栈的商家往往同时提供这几种技术的部件，即使是在ISA100.11a、WirelessHART和WIA-PA阵营内，还包括有很多相同的会员。作为ISA100的核心成员单位的尼维斯（Nivis）公司一向以其管理和优化网状网络的软件而闻名，同时在利用ISA100.11a、WirelessHART和6LoWPAN开发基于标准的无线网状通信堆栈方面拥有丰富的知识和能力。尼维斯公司目前是我们所了解到的唯一同时提供ISA100.11a和WirelessHART两种流程行业无线产品供应商，比如其无线节点和路由器用在ISA100.11a和WirelessHART的型号是相同的，使用户能够在单一的硬件上运行任何一种标准。如VersaRouter910路由器既支持Nivis的ISA100.11a标准，也支持WirelessHART标准，拥有在同一平台上运行的软件，VersaRouter910是一个双启动硬件（Dualboothardware），是集全功能于一身，专门为客户准备好提供的无线解决方案设计的工业级无线路由器。中科博微公司是可同时提供WIA-PA、WirelessHART两种流程行业无线产品供应商，比如其无线网关既有属于WIA-PA无线网络的WIAPA-GW1498、WIAPA-GWS12002种型号的网关，又有属于WirelessHART无线网络的WHT-GW1250网关。北京天宇蓝翔科技发展有限公司也可提供WIA-PA、WirelessHART两种无线网络产品。在ISA100.11a和WirelessHART问世之初，在ISA名下成立过ISA100.12工作组，负责寻找将WirelessHART和ISA100.11a无线标准融合的技术途径。当时认定实现无线标准融合技术途径的唯一方法是提案申请，后有3个团队提出申请。但最终这些团队没有解决以下核心问题：网络规范的定义能够取代ISA100.11a和WirelessHART及提供2个现有网络的反向兼容。代表ISA100.11a和WirelessHART供应商的两个团队都不能接受修改自己基础网络的要求，因此无法达成任何妥协协议。其原因非技术方面，而是集中在营销效应方面。因此在2013年，ISA100.12工作组已决定放弃在无线通信技术标准融合方面的努力。ISA100.12工作组中的最终用户曾建议的融合备选方案是供应商可提供同时对ISA100.11a和WirelessHART无线网络进行操作的产品，即“双启动”产品的解决方案。2010年初，德国测量与控制标准委员会NAMURPressRelease（公告），开始提出单一（融合）工业无线标准（仅过程自动化领域）的要求，建议三个标准合并为一个IEC标准。2010年8月在伦敦的Heathrow（希思罗）机场召开了工作组第一次会议，工作组即以希思罗命名。2011年3月底在瑞士的融合工作组会议形成备忘录决定成立技术工作组，重庆邮电大学是希思罗工作组的5名核心成员之一和技术工作组主要成员。技术工作组首先完成“三个标准的异同”资料的编辑，然后达成分三步开展工作的共识，第一步是实现三标准共存，如图1所示，第二步完成渐进式融合，第三步以单一的OSI/ISO层过程仪表协议的现场设备、统一的接入点、统一的网关实现标准的最终融合，这里的现场设备、接入点、网关均以希思罗命名。2012年12月现场总线基金会（FF）宣布与国际自动化学会自动化标准委员会ISA100合作提出了一个通用的框架，允许多个工业通信协议通过共享无线集成架构在过程自动化系统中运行，使现场总线连接到远程的I/O和ISA100.11a、WirelessHART、有线H1协议集成到单一的标准化环境中，这称为基金会的远程操作管理ROM，这是通过第三方的开放融合，以便为用户提供更高的可靠性和更低成本的远程操作。这个框架保持了“基础设施”战略，而不是试图在无线设备水平方面竞争。
2、系统架构的创新
霍尼韦尔公司2004年推出工业无线变送器——基于ZigBee无线技术的XYR5000无线压力变送器，载频为902MHz~928MHz，以此为基础的无线网络系统构成如图2所示。作为网关设备的基站WBR与各种类型的XYR5000无线变送器可直接通信，最大数量为50台，最大距离610m。基站还可有线接入最多25个AO/DO组件，基站与控制系统的连接有RS485ModbusRTU接口，还可提供RS232到WMT无线管理工具上显示。随后IEC三大国际标准的早期无线网络系统的架构是由网关和无线现场设备组成，如横河电机无线系统的早期架构是YFGW710现场无线一体型网关和现场无线设备，一台网关可接入最多10台（刷新率1s）或50台（刷新率5s）现场无线设备，如图3所示。艾默生过程管理公司下属的罗斯蒙特公司真正针对流程行业无线网络系统的研究始于1998年，2006年推出的智能无线解决方案是采用900MHz，2007年以后在欧洲和亚洲则推出2.4GHz的解决方案。早期无线网络系统的架构也是由网关和无线现场设备组成，可能会包括适配器等设备，同时每一台无线现场设备还可作为路由器将其他无线现场设备的信息传送到网关，如图4所示。2007年6月11日，霍尼韦尔公司推出基于ISA100.11a思路的OneWireless无线网络方案，采用了XYR6000变送器，载频为2.4GHz。推出OneWireless无线网络后，系统架构也在不断更新，较早的版本是2009年4月的120版，当时作为网关的是多功能节点；2011年9月200版的新功能包括无线变送器无路由功能改为路由功能可选、增加了现场设备接入点FDAP、增加了HART适配器等，2011年10月又引入了CiscoAironet1552SOutdoorAP节点设备、CiscoWLAN控制器；2013年4月210版的新功能包括在线无线设备授权等新功能。AP节点设备被分为两类：网格接入点（MAP）和根接入点（RAP）。网格接入点是Mesh网络的远程接入点，它作为ISA100.11a无线现场设备网络和IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi网络的接入点，这是所有接入点的默认角色。对下层ISA100.11a无线现场设备网络来说，每个网格接入点都可以发送和接收来自无线现场设备的消息，同时，它又作为一个路由器，为其相邻网格接入点以IEEE802.11a/b/g/nWi-Fi网络转发消息，从而在2层网络中为无线设备和主机应用之间实现数据传输，通过转发过程，数据可以找到通过中间网格接入点抵达目的地的最佳路径。如果一个链路因为任何原因而出现故障，网络会自动通过其他路径安排数据传输，直到数据抵达网关为止。根接入点通过光纤、有线以太网或电缆连接器连接到有线网络或服务器，作为到有线网络的“根”或“网关”，它必须在接入点配置时设定为根接入点。通信时，网格接入点通过网格接入点之间的路径或直接传送到根接入点。在这种网络拓扑结构中，接入点之间有许多冗余路径连接，因而特别可靠。随着网络规模的增大和网格接入点数量的增加，有必要使用多台根接入点以保证无线网络所需的性能和吞吐量（如图5所示）。推荐根接入点对网格接入点比值为20，这意味着，最多20个网格接入点可以共享相同的一次和二次根接入点，由于每个网格接入点可接入数十台无线现场设备，每个根接入点可接入20个网格接入点，而根接入点又可以多个同时接入交换机，其应用规模可满足数百点到数千点的大型无线网络的要求。艾默生过程管理公司在WirelessHART网络中也推出了CiscoAP节点设备作为构成回传网络节点的接入点，菲尼克斯公司在WirelessHART网络中也推出了可与该公司多台WirelessHART网关组成骨干网络的WLAN接入点，且都通过Wi-Fi传送采集的所有信息，同时，WirelessHART网络也可接收支持802.11Wi-Fi通信的无线设备的信息。随着工业无线网络将过程控制延伸到工厂现场的各个角落，其应用越来越普及，单个应用实例的规模也越来越大，已突破一个工序或一个车间的范围。在这种形势下，流程行业无线网络设备的制造厂家不失时机地推出可覆盖整个工厂的全集成式多用途无线网络。这样的网络中既包括简单的无线现场仪表网络，也覆盖多种无线应用的场合。创新的系统架构主要体现在接入点设备作为主干网络节点，比如OneWireless无线网络先后推出的现场设备接入点FDAP、CiscoAironet1552SOutdoorAP节点，横河电机ISA100.11a无线网络的YFGW510现场无线接入点，艾默生过程管理公司WirelessHART无线网络推出的781远程链路、CiscoAP节点设备和WLAN接入点，菲尼克斯公司WirelessHART无线网络的WLAN接入点。这些设备具有骨干路由器功能，可将众多的无线现场设备的信息通过底层网络采集后，尽快地通过骨干网络传送到无线网关。这种将网关功能分离为接入点和现场无线管理站以及将信息传送分为底层网络及骨干网络的分层架构，不仅扩大了网络的规模、提高了信息传送速度，还能更好地实现同时管理多个现场无线子网通信系统的要求。
3、引入无线行业领军厂家的技术和产品
借助网络解决方案供应商的技术迅速提高产品档次，霍尼韦尔公司2012年直接采用支持标准的思科（Cisco）公司组态和拓扑结构性统一无线网络技术，这包括使用冗余交换机、冗余的无线局域网控制器以及多重网格接入点MAP和根接入点RAP，实现一个强大的高可用性的网络。如使用CiscoAironet1552SAP节点设备构建OneWireless工业无线网络，同时还采用CiscoWLAN控制器用于管理CiscoAironet1552SAP节点设备，在单一的架构下为Wi-Fi应用和ISA100.11a现场仪表提供无线覆盖，从而有效降低总体拥有成本。CiscoAironet1552SAP节点设备的功能与原有的多功能节点完全一样，但天线数量增加，速度更快，带宽更宽。艾默生过程管理公司早在2007年就已经同思科公司建立了合作伙伴关系，如在异构系统的无线通信方面双方就进行了合作，最近又引入了CiscoAP节点设备。罗克韦尔自动化收购了vMonitor，将划入罗克韦尔自动化控制产品和解决方案营运部门。vMonitor是全球范围内数字油田实施及远程运营领域的先驱，早在2005年1月，它就在壳牌公司的支持下，进行了Kanbode8口油井无线传感器网络的试验，为井口和上游应用提供了创新的监控解决方案，创造性地将最尖端的无线仪表和通信与可视化软件结合在一起，帮助客户制定更明智的决策并改善生产状况。vMonitor的技术涵盖井口传感器与变送器、远程终端单元、网关和调制解调器的全无线产品组合，以及交钥匙监控系统和服务。这些产品覆盖范围广，适合从油气井、管道、泵站和升液站到炼油厂以及油库的各类应用。
作者：方原柏 单位：昆明有色冶金设计研究院
1.1泄露电缆方式
传统覆盖中，使用泄漏电缆进行隧道覆盖。电磁波在泄漏电缆中纵向传输的同时通过槽孔向外界辐射电磁波，外界的电磁场也可通过槽孔感应到泄漏电缆内部并传送到接收端。但是，泄漏电缆的传输损耗大，仅适用于覆盖要求高而均匀的场景。这种方法的优点为，可减小信号阴影和遮挡，在复杂的隧道中采用泄漏电缆，信号波动范围减少，与其它天线系统相比，隧道内信号覆盖均匀，可对多种服务同时提供覆盖，泄漏电缆本质上是宽带系统，多种不同的无线系统可以共享同一泄漏电缆，考虑到在隧道中经常使用某些无线系统（寻呼系统、告警系统、广播等），采用共享一条泄漏电缆的方法，可省去架设多个天线的工程。其缺点在于，由于整个是一个串联系统，在隧道比较长的情况下，放大器需要串联使用，系统噪声比较高，降低了信号的可靠性。如果泄露电缆长度较长，其信号衰减明显，使用成本大幅上升，而且成本相对较高，系统结构相对复杂。适用于无源系统安装受限的环境
1.23G微蜂窝方式
本方案由3G移动通信微蜂窝基站、3G专用核心网共同组成。针对隧道通信的专用场景，本方案将采用微蜂窝联合组网的方式进行覆盖。微蜂窝基站通过以太链路和固定网络进行连接，同时，有线网络连接核心网设备，构成完整的接入侧网络，如图1。本系统提供标准的3G移动通信功能，同时兼容WCDMA、TD-SCDMA两种模式基站组网。基站侧提供WCDMA、TD-SCDMA两种版本的设备，可以提供标准商用终端的接入使用。支持基站间切换功能，保障移动场景下的业务畅通。网络支持语音、视频、短消息以及PS域数据业务。同时实现和SIP网络以及IMS实体的互联互通。考虑到专用通信场景的需要，系统同时支持强插、强拆、分组会议、广播、群呼、监听、录音等调度业务。组网时规划将按照场景实地的无线环境进行评估，重点区域如闭塞位置、屏蔽位置将重点部署基站设备，利用微蜂窝基站的低成本、灵活配置的特点实现目标全域的信号覆盖。核心网将部署安装在网络中控机房，同时提供友好的配置使用界面，快速配置和调整网络设备和组网规模。
1.3WLAN覆盖方式
电力隧道无线专网覆盖方案可采用WLAN覆盖方式。WLAN无线局域网（WirelessLocalAreaNetworks）利用无线技术在空中传输数据、话音和视频信号。能够方便地联网，因为WLAN可以便捷、迅速地接纳新加入的雇员，而不必对网络的用户管理配置进行过多的变动；WLAN在有线网络布线困难的地方比较容易实施，使用WLAN方案，则不必再实施打孔敷线作业，因而不会对建筑设施造成任何损害。如在电力隧道中采用该方案，需采用500mW的合路型AP，AP采用直放+吸顶天线覆盖方式。从POE交换机通过网线与AP连接，AP再接天线，对目标隧道进行全面、无缝的覆盖。本方案边缘场强根据AP及无线终端接收天线灵敏度确定，同时根据现场无线环境、干扰源情况、系统容量、数据流量、系统信噪比等因素，本系统设定边缘场强≥-75dBm，
2方案对比
为了直观比较三个方案的优缺点，综合成本、配置、管理等多方面因素。综合上述分析，采用WLAN技术进行无线网络覆盖是较可行的方案。
3结语
该层用来建立包传输机制和实现媒体访问控制，MOAP系统中仅存在一个主设备，其他皆为从设备。主设备与从设备之间可以建立通信，从设备与从设备之间不能进行通信。本规范定义由主设备传输至从设备的数据包称为下行数据包，简称下行包；由从设备传输至主设备的数据包称为上行数据包，简称上行包[1]。
2应用层
应用层由LL（ILowerLayerInterface，低层访问接口）和OAS（ObjectAccessStandard，对象访问规范）两个实体组成。基于MOAP协议的数据包传输仿真为验证MOAP协议的时效性，这里用NS2(NetworkSimu-lator)仿真软件来模拟MOAP通信协议中数据包的传输过程及数据包传输的时延。仿真实验场景设置如下：假设桥梁测点网络监测区域为300m*300m的正方形中，其测点总数为20个。根据目标模型在测量区域内生成目标轨迹，设置每个节点vmax为50m/s，amax=10m/s2，1=50，2=100，场景持续50s，流量的固定码率(ConstantsBitRate，cbr）为1Mbit/s，协议采用的是MOAP通信协议。
3基于MOAP协议的无线桥梁监测系统示例
3.1监测点传感器的设置
某跨桥的总长为500m，其跨径布置为90+2×160+90m，由三个T型桥柱组成对称结构。在各跨箱梁根部支点截面、L/4截面和L/2截面，设置桥梁监测测点，埋设应力和位移传感器，以测试箱梁和墩身结构的实际应力和应变[2]。该桥梁的测点中包括14个应变测点和6个位移测点，总共20个测点。其布置示意图如图2所示。
3.2上位机软件界面
桥梁监测数据采集系统采用MFC库，使用VS2010作为开发工具，C++作为开发语言进行开发，综合利用MFC提供的各种通信方法来实现系统的功能。主界面如图3所示。无线桥梁监测系统设备配套的上位机处理软件，用于在上位机上对传感器进行动静态数据采集和处理，并为进一步分析提供数据。软件界面主要包括以下几块：（1）菜单工具栏：位于界面的最上面，提供菜单和工具按钮快捷操作，主要包括配置操作、网络操作、静态采集、动态采集等；（2）网络结构：位于界面的左边，以“桥梁—采集点—节点”三级展开的模式给出无线传感网络的拓扑结构，图中给出了20个节点的网络配置结构；（3）采集控制：位于界面的右边，提供相关控制操作，图中主要标出开始动态采集命令行；（4）状态栏：界面最下边，在进行网络通信的时候，任务栏将显示当前通信状态和进度。
3.3MOAP协议数据包传输实例
以下以在桥梁监测数据采集系统中动态采集为例，对其数据包进行解析。给出监测数据包为：发送包：34054100640000000000002ee09597接收包：0405410101e67f对发送包的分析如下：数据链路层中的数据包中控制字34转化为二进制为00110100，001代表当前版本的默认号，1代表是下行包，0100与从设备收到数据包中的地址进行比较，与自身地址一致时才可响应该消息；05代表采集器的唯一编号；41代表执行的是动态操作的指令；数据域中第一个0064对应的十进制是0100代表的是采样率，第二个0064代表是实时同步采样率；00002ee0中2ee0代表的是采样时间和采样次数的积，转化为十进制后为12000次，则代表动态采集12000个数据；9597代表CRC校验。从数据包的传输过程中可以看出：（1）应用层数据包在传输的过程中加一个字节的指令，该指令可以判断上位机中所发的命令；（2）数据链路层数据包在应用层数据包中加上控制字、地址和循环冗余校验。控制字主要是用来判断是上传还是下发指令，还包括是否是广播通信；地址用来说明具体是给哪个具体的硬件下发指令；（3）物理层主要负责透明传输原始比特流。
4结语
1．1TD－SCDMA无线通信技术的应用现状TD－SCDMA技术是ITU研发出的第三代移动通信空间接口技术。其特点为上下频段统一，能通过对时隙配置提供无线承载。TD－SCDMA无线通信技术可以支持匀速为8kb／s～2Mb／s的所有3G业务。TD－SCDMA系统采用时分双工模式，但是由于载波占用的宽带为1．6MHz，TD－SCDMA系统提供的速率有一定的数据限制。目前，TD－SCDMA矿用通信系统采用BBU＋RRU方式，因没有办法直接使用太环网，当某个中间RRU故障会导致整个链上的RRU无法工作，维修、扩容比较困难。
1．2WCDMA无线通信技术的应用现状WCDMA技术与TD－SCDMA都是ITU正式的第三代移动通信空间接口技术规范之一，该无线通信技术集CDMA、FDMA技术优势于一体，是一种系统容量大、抗干扰能力较强的移动通信技术。WCDMA与TD－SCDMA相比，技术较为成熟，并且发展空间大，在扩频的基础上能够获得巨大的经济效益，此外，还支持所有的3G业务。WCDMA作为产业链最为成熟的技术，不仅可实现语音通信功能，还能提供高速率数据和图像传输功能。但其成本较高，使得多数煤矿企业望而止步。
2煤矿井下无线通信的技术难题
电磁波在矿井隧道中不能很好地进行传播这已是公认的事实。一直以来，井下通信的技术难题是制约煤矿安全的重要因素之一，下面将从3个方面进行论述。
2．1巷道的环境条件对电磁波的影响煤矿井下巷道一般比较狭窄，弯曲延伸，存在多个分支，且分布在不同的地下平面。巷道的截面宽度不同，且巷道四周为煤层，粗糙不平。这一特殊的传播环境对电磁波的传播特性产生重大影响。电磁波频率对传输的速度有较大的影响，巷道截面尺寸对电磁波传输也有影响，截面的尺寸与巷道内电磁波频率成正比。此外，矿井下有照明线、动力线、钢轨等纵向导体，这些线路的存在都会对电磁波的传输产生一定的影响。
2．2井下环境机电噪声干扰严重如今，井下作业机械化与自动化设备的应用，不可避免地会增加噪声的强度，但是这一问题并未引起人们的重视。通信技术中，噪声是衰减和损耗通信质量的又一个重要因素。机械设备的作业一般是24h不停歇，因机械设备自身配置量大，启动频繁，所产生的电气噪声频谱较宽。由于信号微弱会导致井下通信困难，噪声问题是井下移动通信需解决的技术难题。
2．3接收点有用信号十分微弱无线电在井下的传播可以被看作在一个特定的空间内进行，由于电磁波在传输的过程中受到煤岩层及磁导率的影响，因而其传播速度并不是恒定不变的。煤矿井下的管道由于表面比较粗糙，且分布不均，这些都会对电磁波的传输造成影响。对于某个接收点来说，接受机本身信号微弱，在干扰之后很可能接收不到信号，这种特性的存在破坏了有用信号的传输，最终导致电磁波传输距离减低为数百米，从而使得井下通信非常困难。
3无线通信技术的发展方向———Femtocell技术的运用
Femtocell是根据3G技术发展和无线技术宽带化发展方向而推出的一种低功率、超小型化的移动基站。它的运用在一定程度上提高了煤矿井下的安全性。Femtocell通过IP协议将用户最先具备的ADSL／LAN宽带进行线路连接，远端由专用网关实现从IP网到无线网的连接，具备安装便捷、能够自动配置、直接使用的优点。
3．1Femtocell的技术优势Femtocell技术的运用能够最大范围地覆盖宏小区不能覆盖的地方，可以减少来自宏小区基站的高功率开销并提高宏小区基站的性能。此外，辐射更低，手机电池也更耐用，这些优势都优于其他无线通信技术。当前在煤矿企业中，设备供应商主要是将NodeB和RNC功能集成于一个接入设备的扁平化架构，由于Femtocell网关的接口是Iu接口，扁平化架构可以将SGSN／GGSN功能集成于Femtocell接入设备，其技术优势在于符合下一代移动网络的发展趋势，并在减少节点时提高网络的可靠性。
3．2Femtocell的系统优势Femtocell技术采用的是小型化设备，可以随时使用，并能够维护系统安全，增强灵活性。系统内部采用电信级标准设计，确保系统的稳定可靠性，无线通信能够共享技术的应用，使系统的稳定性及可靠性大大提高，并能够满足设备的资源需求。Femtocell系统设备运营均衡，工作状态较为稳定。此外，Femtocell技术系统的运用采用的是国际通用的通信标准设计，设备可与终端设备兼容，并能够与多家主流设备的制造商生产的用户交换机进行交换。
4结语
（正文）一、全球趋势：公众移动保持增长宽带无线热点不断
当今，全球无线通信产业的两个突出特点体现在：一是公众移动通信保持增长态势，一些国家和地区增势强劲，但存在发展不均衡的现象；二是宽带无线通信技术热点不断，研究和应用十分活跃。
资料显示，在全球电信市场普遍低调的背景下，移动通信依然保持了较好的增长态势。统计显示，2003年全球移动用户数增长率在17％以上，总计达到13.54亿户。在市场值方面，全球移动业务市场在2003年已达到4680亿欧元，比上年增长了11.3％以上。
尽管全球移动市场在增长，但这种增长也呈现出很大的不均衡性。从用户数来看，在北美、欧洲等发达国家和地区，由于移动用户普及率已经很高，因此新增用户数日益减少；而在亚洲、非洲等地区，特别是像中国这样的发展中国家，移动用户数增长迅猛。从用户创造的价值来看，欧美发达国家的ARPU值远远超过了新兴的发展中国家。从数据新业务市场的增长来看，韩国、日本呈现爆发态势，已成为全球移动通信发展的新热点。
目前，我国的移动通信市场呈现持续快速增长的局面，截至4月底，移动用户总数达到2.96亿，用户普及率达到20.9％。考虑闲置的充值卡和一人双机的情况，我国移动通信由于用户普及率相对还比较低，仍有相当巨大和持久的增长空间。但我国的移动通信领域已进入了全面竞争的时代，GSM、CDMA乃至小灵通等网络激烈争夺用户，这已导致了资费下降，用户ARPU值下降的情况。目前我国的GPRS、CDMA1X等2.5G数据业务发展态势不错，并已逐步培育了用户群。而3G还处在技术试验阶段，政府依然保持谨慎态度。
除传统的公众移动通信外，全球的宽带无线接入领域近期研究和应用十分活跃，热点不断出现，给无线通信业界带来了清新的空气。这包括宽带固定无线接入技术、WLAN技术、WiMAX技术、UWB技术等等，呈现百花齐放的局面。这些技术的出现和发展，给整个无线通信产业注入了勃勃生机。
二、热点解析：五大技术引领应用模式各展所长
前文对全球无线通信领域的发展情况作了概要性介绍，以下将重点就当前无线通信领域的焦点问题和热点技术展开较深入的介绍和分析。主要包括3G、3.5GHzMMDS、WLAN、WiMax、UWB等五大热点。
1.举世瞩目的3G
今天，第三代移动通信3G格外引人瞩目，成为无线通信产业的最大热点。
首先，从技术角度来看，3G主流技术已经基本成熟。cdma2000由于技术本身的平滑演进特性，进入3G的障碍不大。WCDMA以前受版本不断更新的影响，阻碍了商用进程，但目前主体标准已经定型，具备了规模商用的基础。TD－SCDMA技术要相对滞后一些。
总的说来，当前的3G技术已经能够支持规模化的商用网络部署。
其次，目前欧美等运营商已经进入了3G网络部署阶段。3G网络的商用部署正在全球一步步地铺展开来。截至2004年3月底，就WCDMA而言，全球已经发放了120份牌照，签署了91份商业部署合同，目前已有二十多家网络投入商用，预计到2004年年底总数将超过40家。目前两家韩国运营商STK和KTF在使用cdma20001xEV－DO，日本KDDI也开始了EV－DO网络的商用，而Verizon也即将参与该制式下3G网络的部署。
应该说，2004年已经进入了全球3G的商用部署年。
第三，部分运营商的3G用户数量开始呈现快速增长的局面。最早推出3G商用业务的NTTDoCoMo近期宣布，在距离突破200万用户仅仅两个月的时间内，他们的3G用户总数就增长至300万大关。5月中下旬，和记黄埔表示，在过去两个月中，3G用户数出现了快速增加，目前在全球范围内已经达到了173万。截至2004年1月1日，全球使用cdma2000（包括CDMA1X）系列和WCDMA标准制式的3G用户数已经达到了7300万。
从全球来看，3G商用在部分地区已取得了初步成功。
第四，我国3G处在黎明的前夕。我国对3G一直采取积极稳健的态度，目前，我国正在进行第二阶段的网络技术试验，或称外场测试。自今年3月起，开始启动WCDMA、cdma2000和TD－SCDMA的测试工作，由6大运营商分别在北京、上海、广州三地进行。测试的重点包括：3G网络覆盖、容量等性能试验；不同3G技术之间、3G和2G技术之间的干扰、共存；各种3G业务及业务兼容性试验；3G终端和系统之间互操作试验；3G和2G之间的互操作试验。
预计此阶段试验将在今年10月份完成，试验将对我国对3G的决策工作起到重要的参考作用。由于此次试验由运营商参与，且属于网络试验。因此，预计若此次试验结果令人满意的话，我国的3G牌照发放工作有可能顺势展开。
趋势分析3G一波三折，曾经有一段时间，人们对3G的前途失去了信心，并在今天留下了心理阴影。对3G问题，我国应如何把握呢？笔者认为，目前，3G已处在商用的爆发阶段，由于3G技术和产品的成熟，3G的商用已不容置疑地摆在了我们面前。欧美等国运营商加紧部署3G网络以及日韩等国3G用户的快速增长，表明3G已经成为全球移动通信领域新的成长点，我国需要当机立断，尽快开展3G牌照的发放工作和商用部署工作。这样才不至于坐失机遇，在本来领先的移动网络建设中落后。同时，3G也为国内的电信制造商提供了绝佳的机遇，这也是我国移动通信产业的一次发展良机。
应该说，目前3G还存在一些问题，主要表现在市场还处在启蒙阶段，杀手级的业务还没有呈现，终端还不够多。在我国，政府将考虑对市场竞争度的把握，涉及3G网络发放几张牌照的问题，同时，还将考虑设备国产化问题。这些问题已经属于次要矛盾，目前最重要的是要选择恰当时机尽快推动3G网络平台的建设，这才是解决以上矛盾的关键环节和引导环节。
这主要是因为我国3G网络建设不同于西方发达国家，我国移动话音用户市场还有很大的成长空间，这就能够避免出现因为发展初期新应用新业务不足无法支撑网络生存的状况。同时，我国有迫切需要进入移动市场的“新”运营商，中国电信和中国网通如果被允许经营移动通信业务，其网络建设必然会选择3G，这从中远期的网络成本上要远远低于2G技术。此外，尽快发放3G牌照，对解决现有的小灵通（PHS）的矛盾，也有重要的战略意义。目前，日本都已经弃PHS而转攻3G，其目的十分明显，即要纠正自己早期大上带有强烈本土化特征的PHS导致失去移动领域国际领先地位的失误，重新用全球性的先进技术武装自己的移动通信产业，实现在该领域的战略性崛起。如果我国反其道而行之，将是不明智的，这关键还是政府的决策引导问题，而不能抱怨运营商。总之，3G不是一蹴而就的，如果迟迟不进行网络的建设，其他的矛盾将继续积聚，难以得到根本性的解决。
2.3.5GHz宽带固定无线接入的推广应用
3.5GHz宽带固定无线接入技术MMDS，是工作于3.5GHz无线频段上的中宽带无线接入技术。今年4月份，第三批3.5GHz宽带固定无线接入频率评选（招标）工作在我国进行，使MMDS技术在我国的应用进一步扩大，这也使3.5GHz固定无线接入技术成为今年业界的热点之一。
在此次评选（招标）工作中，中国电信、中国网通、中国移动、中国联通、中国铁通五大运营商分别获得河北、山西、内蒙古等27个省（区）的3.5GHz频段2×30MHz频率使用权，并将获准经营相应电信业务。加上此前的两次3.5GHz频率使用权分配，我国3.5GHz频段已在绝大部分地区分配完毕。这表明，我国的3.5GHz宽带固定无线接入进入了规模商用。
前一段时间，无线电管理局副局长刘岩率领由无线电管理局、电信管理局、电信研究院共同组成的调研组，对第二批3.5GHz中标企业的工作情况进行了调研。通过调研发现，在第二批中标的9家企业中有7家建设开通了网络，这7家企业在一半以上的中标城市建设了自己的网络。目前运营商倾向于提供的业务包括：语音接入业务（本地和IP电话），数据专线业务，Internet接入业务等。调研中还发现，如果将3.5GHz网络作为单一网络来经营，盈利困难比较大，特别是对于大型企业。调研中，运营企业对进一步获得3.5GHz频率资源表现出了很大热情。
趋势分析宽带固定无线接入技术因为其高带宽、建设速度快、接入方式灵活等特点，受到了业界的关注。但这项技术也有其局限性，比如高频段26GHz的LMDS技术受天气影响较大，而3.5GHzMMDS技术在我国又受到了带宽不足等因素的限制。因此，对于宽带固定无线接入技术，我们应该回归理性的认识。它具有自身的优势，但也有其固有的缺陷，因此在应用中要实事求是。
就目前重点推广的3.5GHz技术来看，运营商的经营经验表明，若单独把MMDS技术作为一个独立网络来运作，由于其技术、用户规模和频率带宽的限制，较难实现盈利。因此，我们应该进一步放宽眼光，把它推广至更大的应用领域。比如可以考虑像现在某些运营商所采用的，将之作为移动基站的回路。
对于3.5GHzMMDS技术，我们一方面要积极推动其综合业务的应用，比如数据增值业务的开发和经营。同时也要从全局的角度考虑，使之成为移动通信网络的有效补充手段。这样才能充分发挥3.5GHz频段的效率。未来，随着3G技术的商用，3.5GHz将有望成为移动网络重要的接入补充手段，并对3G网络的搭建起到支撑作用。
3.沸沸扬扬的WLAN标准之争
无线局域网技术WLAN（Wi－Fi），其技术标准为802.11，可实现十几兆至几十兆的无线接入。我国目前发展的主要是802.11b标准的WLAN网络，支持11Mbps的无线接入。作为近年来的一项新技术，WLAN在欧美等国快速发展，在我国近两年也得到了几大运营商的追捧。而自去年开始的WAPI标准之争，吸引了全球的关注目光。
2003年5月12日，由中国宽带无线IP标准工作组负责起草的无线局域网两项国家标准（即WAPI标准），由国家信息产业部报送国家标准化管理委员会正式颁布。2003年12月1日，国家认证认可监督管理委员会2003年第113号公告，宣布对无线局域网产品实施强制性产品认证，要求所有产品都要加载我国拥有自主知识产权的安全保密协议WAPI，从2004年6月1日起，不符合WAPI标准的无线局域网产品不得出厂、进口、销售或者在其他经营活动中使用。但2004年4月22日，国务院副总理吴仪表示中国已经同意美方提出的要求，不在2004年6月1日最后期限到来之时强制实施WAPI标准。2004年4月29日，国家质检总局、认监委、国标委联合了2004年第44号公告。公告强调：WAPI标准实施时间只是推迟，并没有取消，也没有取消标准的强制性属性。
笔者认为，之所以出现WAPI标准之争，除了国家出于自身信息安全的考虑外，我国无线通信设备厂商希望成长壮大，占领新兴技术市场的渴望也是重要因素。但该标准的无限期推迟，也暴露出一些问题。那就是，我国的无线技术的核心能力，与国际水平相比还有一定差距，还难以撼动国际主流的技术集团。同时，我国通信技术标准的制订策略，还存在封闭性的问题，这也是其受到国际社会普遍攻击的重要原因。当然，WAPI标准的推迟执行，也是出于更大的国家利益的考虑。
趋势分析WAPI标准之争，表明WLAN技术在全球的重要战略地位。其战略意义不只在于网络的部署、用户的发展、业务的经营范畴，更在于其对IT通信产品领域的巨大拉动力量，特别是对计算机芯片的突出贡献。因此，我国应该积极推进WLAN核心技术的研究工作，这不仅涉及通信产业，而且涉及IT领域的巨大利益。
抛开WAPI标准之争，我们如何把握WLAN技术的发展趋势呢？应该说，WLAN在我国目前的工作，陷入了低潮阶段。这主要是受制于WLAN技术自身的限制，比如其漫游性、安全性、如何计费等等，还没有得到妥善的解决。另外，高端商业用户的不足，使网络建设的投资收益比较低，因此也影响了运营商的积极性。未来，随着技术的进一步成熟，WLAN技术将在特定的区域和范围，特别是热点区域和高速信息接入领域，发挥对移动通信网络的重要补充作用。3G网络商用后，WLAN将成为弥补3G固定区域高速覆盖的不足。总体来看，WLAN具有很强的生命力，但其在运营领域的发展速度估计会低于过去的预期。
4.宽带无线技术新宠WiMAX
有资料显示，“WiMAX”已经成为近期互联网上搜索量最大的通信关键词，该项技术以其远覆盖和高带宽特性，成为无线业界的新宠。
WiMAX全称为WorldInteroperabilityforMicrowaveAccess，即全球微波接入互操作系统，其技术标准为IEEE802.16。WiMAX也组织了自己的联盟。目前这个联盟已经发展了数十家会员，该联盟由Intel牵头，我国中兴通讯也名列其中。WiMAX的目标是促进IEEE802.16的应用。
WiMAX相对于Wi－Fi的优势主要体现在Wi－Fi解决的是无线局域网的接入问题，而WiMAX解决的是无线城域网的问题。Wi－Fi只能把互联网的连接信号传送到300英尺远的地方，WiMAX则能把信号传送31英里之远。Wi－Fi网络连接速度为每秒54兆，而WiMAX为每秒70兆。有专家认为，WiMAX的覆盖范围和传输速度将对3G构成威胁。在成本等各个方面的优势使得业内人士将WiMAX技术看作是一项打破产业格局的技术。
近期，英国电信（BT）、法国电信、Qwest通信公司、Reliance电信和XO通信加入了WiMAX论坛，目前WiMAX论坛已经拥有98个成员，运营商占25％。今年初，Intel也宣布，下半年开始将会在其生产的芯片中部分采用WiMAX标准。
趋势分析对于今天异常火热的WiMAX技术，我们该如何看待？它会成为3G技术的终结者吗？笔者认为，这种观点不尽正确。首先，从技术自身角度来看，WiMAX还不具备公众移动通信网络的广域漫游、安全特性、终端便携等移动特性。其次，WiMAX标准还不成熟，因此预计商用还需要至少两年以上的时间，规模普及还要五年左右的时间。其三，WiMAX的特点是高速的数据传输能力，但其还没有对实时话音业务的高效支持能力，这将限制其作为公众移动通信的应用。其四，WiMAX的产业规模以及技术和设备成熟性还远远难以和3G相抗衡，其推广期也将滞后于已经开始启动的3G技术。其五，WiMAX技术有可能受到传统移动通信运营商或制造商的抵制，从而限制其发展。
对于WiMAX技术，笔者认为它具有巨大的潜力，但尚处在襁褓阶段，目前还难以对当前的全球无线通信格局产生重大的影响。由于3G的实施，WiMAX将可能成为未来3G网络的补充手段，在高速信息接入领域发挥其特性。但受其自身移动性和话音支持能力的限制，WiMAX不大可能杀死3G。
5.超宽带无线接入技术UWB
无线技术领域的活跃除表现在新技术不断涌现外，还表现在其传输能力的不断拓展。近两年，一项超高速的无线接入技术受到了大家的关注，那就是UWB。
UWB是一种时域通信技术，它采用超短周期脉冲进行调制，把信号直接按照0或1发送出去，而不使用载波，这与此前的无线通信截然不同。脉冲调制产生的信号为超宽带信号，谱密度极低，信号的中心频率在650MHz～5GHz之间，平均功率为亚毫瓦量级，抗干扰和多径的能力强，具有多个可利用信道。与CDMA系统相比，时域通信系统结构简单，成本相对较低。UWB技术具有高速率、低成本、低功耗的显著特性。
UWB最引人注目的特点是具有很高的数据传输速率。XtremeSpectrum公司预测，他们即将开发出的产品具有在10米内传输约100Mbps的能力，Intel则把目标定在了500Mbps。
趋势分析对于UWB技术，我们应该这样看待，它以其独特的速率锋芒以及特殊的应用范围，也将在无线通信领域占据一席之地。由于其高速、窄覆盖的特点，它很适合组建家庭的高速信息网络。它对蓝牙技术具有一定的冲击，但对当前的移动技术、WLAN等技术的威胁不大，甚至可以成为其良好的能力补充。
三、走势把握：接入多元网络一体综合布局代表方向
以上，就当前无线通信领域的热点和焦点问题进行了叙述和讨论。那么，我们该如何把握中期未来无线领域的发展趋势呢？
首先，无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围，不同的适用区域，不同的技术特点，不同的接入速率。比如3G和WLAN、UWB等，都可实现互补效应。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。因此，在政策上我们应该综合推进各种无线接入的发展，推进组网的一体化进程，通过建网的接入手段多元化，实现对不同用户群体的需求覆盖，达到市场细分和业务的多元化，解决移动通信发展不均衡的状况。
其次，我国政府应该给企业配置更多的无线频率资源，推进不同技术相关频谱的规划和应用工作。这样才有利于不同的企业根据不同的发展策略和市场需求，综合地规划自己的无线通信网络，实现资源的有效配置和利用。当然，政府也需要加强对有限频率资源的管理，对于企业闲置不用的频率占用，考虑适当的手段予以收回。
其三，从公众移动通信网络发展来看，3G已经成为全球包括中国移动网络演进的主要进程。从欧美发达国家的经验来看，由于其移动话音用户的普及率高，通过发展用户实现增长的模式已成为历史。因此，他们期望通过3G搭建更大的业务平台，从而实现利润的新来源。由于3G技术的成熟，目前3G商用网络部署已经在全球范围内启动。就我国而言，也要借鉴欧美的经验，在用户数量增长放缓之前，就应提前培育新兴移动市场。目前，政府应该开始积极考虑3G牌照发放和商用问题，把握住这个移动业界的巨大历史机遇。
其四，从宽带无线接入技术来看，全球该领域发展十分火热。该领域的发展呈现出向高带宽快速跃进、覆盖范围逐步扩张的趋势。未来，该领域还可能出现更强大的新技术，从另一个角度对整个无线通信产业起到推进作用。但从近期来看，我们对宽带无线接入技术发展应该有一个理性的态度和科学的把握。目前的宽带无线接入技术主要集中在固定环境下的高速接入，其移动性和话音支持能力无法和公众移动通信网络抗衡。在发展中，我们应该从全局的观点来把握，使之成为与移动网络互补的重要技术手段，这样既可以充分发挥其技术个性，又防止出现不必要的资源竞争和浪费。
其五，未来的无线通信网络应该是怎样的呢？专家认为，未来的无线通信网络将是一个综合的一体化的解决方案。各种无线技术都将在这个一体化的网络中发挥自己的作用，找到自己的天地。从大范围公众移动通信来看，3G或超3G技术将是主导，从而形成对全球的广泛无缝覆盖；而WLAN、WiMAX、UWB等宽带接入技术，将因其自己不同的技术特点，在不同覆盖范围或应用区域内，与公众移动通信网络形成有效互补。
其六，更远的未来，按当前专家们的预想，通信信息网络将向下一代网络NGN融合。在未来NGN概念中，固定网络将形成一个高带宽、IP化、具有强QoS保证的信息通信网络平台。在这一平台上，各种接入手段将成为网络的触手，向各个应用领域延伸。而3G、宽带固定无线接入、各种无线局域网或城域网方案，都将成为大NGN平台的延伸部分。从而形成集固定无线手段于一体，各种接入方式综合发挥效用，各种业务形成全网络配置的一体化综合网络。当然，这一进程将是漫长的，也必将遇到很多挫折。
四、结束语
