无线通信技术论文实用13篇

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无线通信技术论文

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超宽带是一类时域通信手段，其无线接入技术比普通科技手段的带宽高，有着高速率、开支少、能耗少的优势。相比于传统的无线通讯网络，这种技术无需载波，仅仅通过小周期的脉冲信号作为载体，以二进制信号进行传输。这种超宽带信号的频谱比较稀疏，信号强度是mW级别，能够抵御强干扰信号。相比于CDMA框架，此通信系统更利于实现，仅需较少的开支。

3未来无线通信领域的发展趋势

3.1无线通信领域技术互补性日益明显

无线通信技术种类逐渐增多，每种都有各自的优劣势与适用场合。3G相对适合于大范围与城际漫游的数据传输需求，而无线局域网则适合于中距离范围内的信号传输，超宽带技术适合于近距离、超高速的无线通讯。所以在发展无线网络通信技术的历程中，我们应当依照不同消费者的个性化需求，甄选出最适合的无线通讯手段，使得无线通信业务有着多元化未来，更好地处理移动通信应用中的各类难题。在不远的将来，无线宽带接入技术仍会朝着高带宽、大范围传输的方向不断发展。未来仍有可能会孕育出更先进的技术手段。现阶段的无线宽带接入技术应用于受限条件下的高速度传输，其话音通讯性能仍然与公众移动通讯手段相距甚远。因此，我们应着眼于未来，不断挖掘其技术优越性，弥补移动网络的应用缺陷，以更好地服务大众，同时避免资源浪费。

3.2蓝牙技术将革新无线通信业的发展

在蓝牙技术的发展大潮中，众多企业都在探究和制造以蓝牙技术为主导的电子产品，譬如某集团研制了以蓝牙技术为基础的无线耳机等。芯片设计研发团队成功开发了在蓝牙技术所需频段内的专用IC，同时配备了与之匹配的应用硬件软件套装，便于其他客户或应用厂商可以快速掌握此芯片的应用之道，并生产出以蓝牙技术为本的新产品。除此之外，软件开发企业研发出了大量适用于蓝牙技术的软件，被广泛应用于电脑、手机等。大部分电子产品都能借助蓝牙技术以无线方式连接成网络，使人们可以自由地传输讯息。蓝牙技术的产生推动了无线通信业的进一步发展，计算机业和电器行业都得益于蓝牙技术的发展，并加大了对蓝牙技术开发的投资力度。

3.3无线网络通信技术的融合趋势

3.3.1无线技术与蜂窝网技术的融合

为了完成其计费与检测功能，短距离无线通信技术被应用于电子产品中。无线通信技术在近些年来迎来了更快速的发展，愈来愈多的短距离无线接入技术被应用于社会生活的各个层面，譬如蓝牙技术有效融合了短距离无线技术与蜂窝网技术。

3.3.2移动通信技术和无线宽带接入技术的融合

移动通信业务的发展成熟，与宽带业务领域的拓宽，直接推动了多种宽带接入技术的产生和发展。譬如无线局域网技术推动了3G通讯技术的其他应用。而且移动通信技术和无线宽带接入技术互惠互利，并在4G时代完美地融合成一个健全的系统。

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21世纪的通信技术还处于关键的转折期，现目前的无线通信迈入大规模发展阶段，呈现向宽带多媒体和数据领域转变的态势，在未来的十年内，无线通信技术还将朝着分组化、个人化、综合化、分组化、多元化飞速发展。就目前看来，无线通技术的发展十分火热，正以向高宽带、大范围快速跃进。将来，无线通信领域还可能会出现对无线通信产业有着更加强大推进作用的新技术。但就目前来看，对于无线通信技术，我们应有一个科学理性的态度正确把握，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。无线通讯技术走向趋势呈现出一下几个态势：

首先，就目前的通信领域来看，无线通信技术使用区域、技术特点、和接入速率存在一定的分化，在未来的发展中，各种通信领域的互补性会更加明显。如现在人们比较熟悉的WLAN、3G、UWB等，在互补效应上会更加成熟。WLAN更利于结局中等举例的较高数据接收，3G则更加适应强漫游和广域无缝覆盖的移动需求，而UWB则以低发射率、高传输速率、抗干扰能力强、结构简单和安全性高的为优势，可帮助实现短距离的高速无线连接。未来的无线网络将是一个综合一体化的系统，各种无线通信技术各自发挥作用，大范围来看，3G或者超3G技术将成为该领域主导，而UWB、WLAN等技术则因各自不同的技术特点在相应的区域和覆盖范围内，与3G形成有效互补。因此，我们应当在各种无线的接入和组网的一体化，以及接入手段的多元化上做进一步的尝试和推进发展，更加利于实现不同客户群的需求，实现业务多元化和市场的细化，进一步平衡移动通信的发展状况，同时也达到合理规划无线通信网络和资源有效配置及利用的目的。将无线通信技术演变成为推动社会市场经济发展的强大动力。

第二，单纯从公众移动通信的发展来看，3G已成为现目前全球移动网络发展的趋势。欧美发达国家早已不采用以发展用户数量的模式来实现利润的增长，他们更希望可以通过3G网络搭建更大、更广、更全面的业务平台。就这方面，他们的经验值得我们借鉴。据GSMA和CDG的数据显示表明，目前全国已有超过86%的运营商已提供了3G服务，全球3G用户已高达11.6亿。动态观察显示，3G走势还在继续上升。新兴经济体系为3G发展所作出的重要贡献已被普遍认可。据调查，仅2010年上半年，全球3G用户的增长率就高达37%，其中中国是94.1%。有机构作出这样的预测：今年全球将会有一半以上的3G手机用于新兴市场。3G商务网络部署的启动，也在一定程度上给我们以提示，培育新兴的移动市场将是移动业界所面临的巨大机遇之一。

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蓝牙无线通信技术之所以能够在全球范围内广泛使用就在于其工作频段的范围，由于蓝牙技术研发之时选择在全球统一开发的2.4GHz医学、工业和科学ISM频段，全世界范围内多数国家所使用的SM频段是在2.4到2.4835GHz之间，SM频段包含在全球统一的频段之中，各种在使用蓝牙无线通信技术的时候可以不受限于其所在地区的无线电资源部门的许可与否皆可使用。

1.2可同时传输语音和数据

蓝牙采用的是分组交换和电力交换技术，支持异步数据信道、三路语音信道或者语音和异步数据同时传输的信道。除此之外，蓝牙定义了面向同步链接链路SCO以及异步无连接链路ACL两种链路类型，其中ACL主要负责数据的传输，而SCO主要负责语音传输。也就是说蓝牙无线通信技术可以同时进行语音和数据的传输。

1.3能实现临时性对等链接

蓝牙设备在进行对等连接的时候，主动发起连接请求的一方为主设备，被发起连接请求的一方为从设备。蓝牙的基本网络为由链接通信组成的微微网，当一个微微网形成时有一个主设备和主设备以外的一个或者多个从设备。

1.4抗干扰能力强

蓝牙无线通信技术具备良好的抗干扰能力主要在于其使用跳频的工作方式来进行频谱的扩展。现在很多生活中使用的电器设备、局域网和无线设备等会在ISM频段工作，这就和蓝牙设备所在的频段可能会有冲突，这样的情况下，蓝牙设备将2.402到2.48GHz的频段分割成79个频点，相邻频点之间间隔1MHz，数据分组在任意频点发出之后继续跳到另一个频点发送，并且频点的选择顺序没有规律性，频率改变为1600次/s每个频率只持续625μs，由此，蓝牙设备的工作就不会受到其他设备的频段的干扰。

1.5体积小，功耗小

现在电子设备的更新换代越来越快，体积越来越小越来越薄，所以这些设备中的蓝牙模块的体积也需随之改善，以便更好的集成到各种电子设备中去。蓝牙设备的耗能会根据其工作状态的不同会有所增减，处于工作状态的蓝牙一般耗能不多，而非工作状态下的呼吸模式（Sniff）、保持模式（Hold）、休眠模式（Park）消耗的能量较之更少。也就是说，蓝牙设备的体积比较小而且使用的时候均为低耗能模式。

1.6开放接口标准，成本低廉

在蓝牙无线通信技术推广的过程中，SIG将该技术各种标准向全世界公开，所以，企业在研发和生产产品的时候要是能够兼容SIG的蓝牙产品，那么这样的产品在市场上的适用性就更强，与此同时，蓝牙相关的应用程序也随之得到极大的推广。在这样的背景之下，蓝牙技术得到广范围的普及，制造蓝牙产品所需的投资也很大程度上降低了。

2蓝牙无线通信技术的应用

蓝牙无线通信技术的研发初衷就是要在尽可能多的领域实现数字移动设备之间的非电缆的无线通讯连接和相关数据的传输，很多数字和电子设备之间的联网信息能够实现实时的共享，蓝牙技术让设备的功能得到一定范围内的扩充。加之，蓝牙设备大多是成本比较低且体积比较小的集成模块，将其集成于电子设备中之后有利于形成了一些应用模型的出现。无线键盘和鼠标是以电子计算机为连接中心的无线连接；一台打印机可以覆盖多台计算机的打印任务或者其他资源的共享；掌上电脑、数字照相机、智能手机可以通过打开蓝牙无线连接电脑进行信息数据的传输；办公室多台电脑通过蓝牙形成一个无线网络局域网；以及可以实现无线语音通信的新型的蓝牙扩展技术，如无线耳机的应用；集成蓝牙技术的电子小设备，腕表、车钥匙、电子笔等的应用也涉及到各个领域。这些都是对蓝牙无线通信技术的很好应用。蓝牙技术可以通过网络接入点和拨号上网两种方式连接互联网，拨号上网可以让便携式计算机通过移动电话接入internet，蓝牙无线网络接入还可以作为公用电话交换网的接入点使用，这有利于家用电器的无线组网和网络控制，使得上网更加方便快捷。

3蓝牙技术的应用前景的新思考

3.1蓝牙所产生的电磁波对于人的身体健康不会有伤害

因为蓝牙设备在工作的时候起功率比较低，向对的，移动电话这样的高功率设备一般都会产生有损人体健康的电磁辐射，所以集成蓝牙设备的各种类型的电子装置将有很好的应用市场，比如用蓝牙耳机代替手机听筒进行手机对话将会减少手机辐射对大脑的影响。

3.2红外线技术应用的时候会受制于红外线两个传输口的位置和防线

而蓝牙技术则能够突破这样的限制，将其适用范围拓展到三维立体覆盖的面，能够在一定范围内自动的识别和连接设备。除此之外，蓝牙无线通信的1MB/s的速度比红外线技术快，也就是说蓝牙技术相比较于红外线技术能够适用于更多的场合和更复杂的环境。鉴于这些特征，在工业自动化控制领域很多需要立体空间多方位的移动产品的检索识别、信息采集和数据整合等工作都得应用到蓝牙设备。

3.3在信息技术时代，蓝牙技术在电子传感器的信息传输方面应用广泛。

由于蓝牙技术的短距离数据传输速度快、不受限于方向和位置，所以能够将各类传感电子元件采集到的信息通过布设的线缆传输到处理单元；蓝牙技术可以使得小范围内的设备间视频传输变得更加快捷。从音频到视频的扩展完全可以在众多的应用领域得到实现，完全不受限于多媒体的类型。

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1、数转电台。

RF-418数转电台是无线通信领域的一种新型产品，其在提高了自身通信技术水平和通信质量的前提下，实现了与单片机之间的无线通信，在运行中可以提供RF测试、双向通信测试、一般数据传送、自动调频数据传送等四种工作模式。这四种模式之间的切换简单方便，在保证其自身高可操作性的同时也提供了多样化的数据传输形式，最大限度的满足了机车和地面数据中心之间的通信需求。

2、数转电台与车载微机的接口。

无线通信技术在单片机通信系统中的应用，存在的最大问题就是数转电台与车载微机的对接问题，在单片机通信系统运行过程中，要保证数转电台与车载微机之间对接的准确性和数据传输的稳定性。车载微机系统采用的处理器是DALLAS公司研发的DS80C320处理器，其在运行中能够提供两个全双工串行口，两个数据指针、13个中断源。通过处理器自身强大的数据处理能力，可以结合数转电台和车载微机所处的不同的实际运行状况，对其对接的方式进行选择，保证数转电台车载微机系统在对接活动中最大限度的接口连接安全和数据传输安全，减轻了单片机控制接口的负担，同时提高了单片机通信系统运行的可靠性。

三、通信软件设计

1、通信格式。

车载微机向地面通信系统发送请求信号主形式为ABBAIDSUMNFF、其中数据帧一共包含有6个字节，前两个字节（ABBA）表示起始位置，第三个字（ID）表示该趟列车的车载微机的编码号，第四字节(SUM)为通信活动中的标注字节，第五字节（N）表示在本次通信活动中从起始字节到结束字节的字节数，是为了防止在通信中信息丢失而设置的，第六字节（FF）表示通信内容结束。无线通信技术在单片机通信系统中的应用，对通信模式最大的创新就是实现了信息通信的数字化。单片机通信系统在我国的应用广泛的存在着运行中一对多的运行模式，一般大型机务段都拥有数百台机车。因为铁路运输自身的特性，大量的机车回段的时间都不确定，机车在完成运输任务返回机务段时，应该首先与地面信息系统取得联系，这种联系由机车首先发出通信请求，在得到地面信息系统的回应后，与地面信息系统建立通信连接并完成数据信息的转发。当车载微机连续三次申请通信都得不到回复或者回复信息不正确的时候，车辆管理人员应该保留该车次的数据信息，并与维护人员联系进行车载微机的修理。

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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；

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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。中国-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。

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（3）近年来，流媒体广播技术越来越多的应用于视频会议系统。大部分广播会议，如网上路演、采访、现场会等，能够为用户传输多媒体信息，是对传统视频会议功能的扩展。2003年3月，ITU-T视频编码专家组（VCEG）和ISO/IECMPEG(MotionPietureExpertGroup)组成的联合视频专家组正式公布了H.264视频压缩标准。H.264是新一代低比特率视频标准，与现有的任何标准相比，它有着更高的压缩性能，能够在较低带宽提供高质量的图像传输，对网络传输有更好地支持。具体讲，与MPEG-4相比，在相同视频质量下，采用H.264标准能降低码率50%左右；在相同码率下，其信噪比明显提高。而且，H.264的授权费用更加合理，受到广泛的重视和欢迎，具有广阔的应用前景，比如实时视频通信、Intemet视频传输、视频流媒体服务等，它被认为是最具发展潜力的新一代视频压缩编码技术。

2音视频会议系统现状分析

随着科技的发展和社会的进步，音视频会议系统不断应用到社会的各行各业，日益受到人们的关注。在我国从事软件视频会议系统研发的公司主要有瑞福特、V2、网动、山大联润等。瑞福特公司整合了H.323标准，允许H.323终端参加会议，并且支持手机、电话的接入，为用户提供了一个统一的、完整的网络多媒体通信应用解决方案。V2在多路混音以及消除背景噪音方面做得非常出色，V2拥有专利技术的“基于前向纠错的网络音频抗丢包算法”使得在网络丢包率达到10%时声音仍保持清晰连贯而不停顿。目前的商业化的视频会议大多遵循H.323标准。这是因为H.323标准的成熟性，有助于诸多软件供应商开发性能稳定的设备，并且有利于不同的供应商之间消除互操作性中出现的问题，并在市场上推出各种支持H.323标准的设备。缺点是当客户端增加时，由于服务器CPU处理能力、内存、网络带宽的限制，会使会议质量明显下降。SIP基于现有的IP网络协议提供多媒体业务的协议，是一个分散式协议，它将网络设备的复杂性推向网络边缘，需要相对智能的终端，协议也比较简单。优点包括：该协议具有可扩展特性，可以轻松定义并迅速实现新功能；缺点是问世不久，大多数应用处于原型阶段，该协议单独应用的范围较窄。视频会议系统经常采用的架构有C/S(Client/Server即客户机/服务器)和B/S(Browser/Server即浏览器/服务器)结构，这两种结构后者是从前者发展而来的，它们的本质都是C/S而二层结构的C/S模式存在诸多问题，例如开发和维护成本高，服务器负载重，灵活性差，缺乏开放性，难以与Internet/Intranet接轨等，造成系统使用和维护中的许多难题。三层的B/S模式虽然开发和维护较为容易，但服务器负载重，理论上会议参加者的数量可以很多，实际效果并不令人满意，服务器成为会议系统的瓶颈。在网络状况较好并且与会人员数量不多的情况下，视频会议系统能够提供令人满意的效果。但是不同与会者的网络带宽质量参差不齐，随着与会者数量的增加，视频图像质量就会有所下降，甚至会导致会议无法正常进行。因此，如何提高视频图像的传输质量是视频会议系统研究的首要任务。随着无线技术的发展，数字音视频会议系统在原有的以太网监控系统的基础上，抛弃了网络电缆，用无线方式进行数据传输，降低了布线的成本，增强了会议系统的灵活性和可扩充性。采用3G/4G无线数据通信方式，无线网络带宽得到了改善，克服了传统系统只能用于固定会场的会议，可以在有3G/4G服务的任何地方召开音视频会议。

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蓝牙无线通信技术之所以能够在全球范围内广泛使用就在于其工作频段的范围,由于蓝牙技术研发之时选择在全球统一开发的2.4GHz医学、工业和科学ISM频段,全世界范围内多数国家所使用的SM频段是在2.4到2.4835GHz之间,SM频段包含在全球统一的频段之中,各种在使用蓝牙无线通信技术的时候可以不受限于其所在地区的无线电资源部门的许可与否皆可使用。

1.2可同时传输语音和数据

蓝牙采用的是分组交换和电力交换技术,支持异步数据信道、三路语音信道或者语音和异步数据同时传输的信道。除此之外,蓝牙定义了面向同步链接链路SCO以及异步无连接链路ACL两种链路类型,其中ACL主要负责数据的传输,而SCO主要负责语音传输。也就是说蓝牙无线通信技术可以同时进行语音和数据的传输。

1.3能实现临时性对等链接

蓝牙设备在进行对等连接的时候,主动发起连接请求的一方为主设备,被发起连接请求的一方为从设备。蓝牙的基本网络为由链接通信组成的微微网,当一个微微网形成时有一个主设备和主设备以外的一个或者多个从设备。

1.4抗干扰能力强

蓝牙无线通信技术具备良好的抗干扰能力主要在于其使用跳频的工作方式来进行频谱的扩展。现在很多生活中使用的电器设备、局域网和无线设备等会在ISM频段工作,这就和蓝牙设备所在的频段可能会有冲突,这样的情况下,蓝牙设备将2.402到2.48GHz的频段分割成79个频点,相邻频点之间间隔1MHz,数据分组在任意频点发出之后继续跳到另一个频点发送,并且频点的选择顺序没有规律性,频率改变为1600次/s每个频率只持续625μs,由此,蓝牙设备的工作就不会受到其他设备的频段的干扰。

1.5体积小,功耗小

现在电子设备的更新换代越来越快,体积越来越小越来越薄,所以这些设备中的蓝牙模块的体积也需随之改善,以便更好的集成到各种电子设备中去。蓝牙设备的耗能会根据其工作状态的不同会有所增减,处于工作状态的蓝牙一般耗能不多,而非工作状态下的呼吸模式(Sniff)、保持模式(Hold)、休眠模式(Park)消耗的能量较之更少。也就是说,蓝牙设备的体积比较小而且使用的时候均为低耗能模式。

1.6开放接口标准,成本低廉

在蓝牙无线通信技术推广的过程中,SIG将该技术各种标准向全世界公开,所以,企业在研发和生产产品的时候要是能够兼容SIG的蓝牙产品,那么这样的产品在市场上的适用性就更强,与此同时,蓝牙相关的应用程序也随之得到极大的推广。在这样的背景之下,蓝牙技术得到广范围的普及,制造蓝牙产品所需的投资也很大程度上降低了。

2蓝牙无线通信技术的应用

蓝牙无线通信技术的研发初衷就是要在尽可能多的领域实现数字移动设备之间的非电缆的无线通讯连接和相关数据的传输,很多数字和电子设备之间的联网信息能够实现实时的共享,蓝牙技术让设备的功能得到一定范围内的扩充。加之,蓝牙设备大多是成本比较低且体积比较小的集成模块,将其集成于电子设备中之后有利于形成了一些应用模型的出现。无线键盘和鼠标是以电子计算机为连接中心的无线连接;一台打印机可以覆盖多台计算机的打印任务或者其他资源的共享;掌上电脑、数字照相机、智能手机可以通过打开蓝牙无线连接电脑进行信息数据的传输;办公室多台电脑通过蓝牙形成一个无线网络局域网;以及可以实现无线语音通信的新型的蓝牙扩展技术,如无线耳机的应用;集成蓝牙技术的电子小设备,腕表、车钥匙、电子笔等的应用也涉及到各个领域。这些都是对蓝牙无线通信技术的很好应用。蓝牙技术可以通过网络接入点和拨号上网两种方式连接互联网,拨号上网可以让便携式计算机通过移动电话接入internet,蓝牙无线网络接入还可以作为公用电话交换网的接入点使用,这有利于家用电器的无线组网和网络控制,使得上网更加方便快捷。

3蓝牙技术的应用前景的新思考

3.1蓝牙所产生的电磁波对于人的身体健康不会有伤害

因为蓝牙设备在工作的时候起功率比较低,向对的,移动电话这样的高功率设备一般都会产生有损人体健康的电磁辐射,所以集成蓝牙设备的各种类型的电子装置将有很好的应用市场,比如用蓝牙耳机代替手机听筒进行手机对话将会减少手机辐射对大脑的影响。

3.2红外线技术应用的时候会受制于红外线两个传输口的位置和防线

而蓝牙技术则能够突破这样的限制,将其适用范围拓展到三维立体覆盖的面,能够在一定范围内自动的识别和连接设备。除此之外,蓝牙无线通信的1MB/s的速度比红外线技术快,也就是说蓝牙技术相比较于红外线技术能够适用于更多的场合和更复杂的环境。鉴于这些特征,在工业自动化控制领域很多需要立体空间多方位的移动产品的检索识别、信息采集和数据整合等工作都得应用到蓝牙设备。

3.3在信息技术时代,蓝牙技术在电子传感器的信息传输方面应用广泛。

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1.2数字集群无线通信技术应用

集群通信，即无线专用调度通信系统，早期，集群通信从“一对一”的对讲机形式、同频单工组网形式、异频双工组网形式以及进一步带选呼的系统，发展到多信道用户共享的调度系统，并在政府部门、警务、铁路、地铁、电力、民航等各行各业的指挥调度中发挥了重要作用。国际上数字集群调度系统主要有TETRA、iDEN和FHMA3种较为先进的技术体制，由于这3种技术体制构成的无线通信系统互通性不太理想，主要用于地铁、航空、公安等专网应用，未在铁路领域获得推广应用。近年来，随着数字移动无线电标准（DMR）制定，我国无线设备供货商根据数字移动无线电标准（DMR）为各企业用户提供DMR数字集群系统设备。DMR标准是完全公开的标准，国内拥有众多供应商支持，国内设备厂家生产的400MHz的DMR数字集群系统已在部分铁路站场获得应用。铁路使用的400MHz的DMR数字集群系统主要采用403～470MHz频段的专用频点，通过数字通道实现基站与IP控制服务器间的连接，控制台、运用服务器与IP控制服务器连接，构成站场无线通信平台，可提供同频单工或异频双工方式，根据站场业务特性要求进行业务与频点绑定，也可以各业务采用公共频点通信。400MHz的DMR数字集群无线通信系统主要功能是实现移动人员间点对点对讲功能，以及移动终端与固定终端或移动终端与移动终端间的点对点低速率数据信息传送。站场所有业务采用400MHz集群无线通信，其无线设备可以集中设置、减少设备数量、并能集中维护和管理，最适用于解决站场平面调车业务和无线对讲业务，以及综合自动化SAM系统车地信息传送。但是，不适应高速率、高带宽的车地数据信息业务传送，频点也受限于国家规定给铁路的400MHz频点，系统能提供的业务容量有限。

1.3GSM-R移动通信技术应用

GSM-R数字移动通信技术作为中国铁路列车无线通信主要采用的技术，铁路总公司已建立了一整套相关标准和规定。在中国高速铁路、客运专线、重载铁路、城际铁路或部分普速铁路均选择GSM-R数字移动通信技术构建铁路无线通信系统，主要用于列车无线调度语音通信，以及调度命令、车次号校核、列控信息、机车同步操控等数据信息传送。GSM-R系统包括移动交换子系统（SSS）、移动智能网子系统（IN）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、无线子系统（BSS）、无线终端、运营与支撑子系统（OSS）等部分。其中，移动智能网子系统（IN）由铁路总公司统一设置2套，互为冗余，作为全路GSM-R系统共用。在铁路总公司各铁路局设置移动交换子系统（SSS）、通用分组无线业务子系统（GPRS）、运营与支撑子系统（OSS）各1套设备，根据用户需求在铁路沿线、车站、枢纽设置无线子系统（BSS），配置相应的无线终端设备。虽然，GSM-R数字移动通信系统可以实现铁路沿线和车站统一的综合无线通信系统平台，提供列车无线调度通信、站场常规无线通信语音和低速数据信息传送，设备能集中维护和管理。但是，由于GSM-R数字移动通信系统的频点有限，站场所有业务采用GSM-R的系统实现会造成信道占用很大，现有的频点不够使用，当站场靠近正线铁路或通过正线列车时，会对列车调度指挥系统产生影响。因此，GSM-R数字移动通信系统未被全面应用于站场常规无线通信业务。目前，只能适用于解决站场部分语音业务，以及低速率、时延要求不高的数据信息传送。

1.4WLAN无线局域网技术应用

WLAN无线局域网是指利用无线通信技术在一定的局部范围内建立的网络，属于计算机网络与无线通信技术相结合的产物。WLAN无线局域网技术使用户摆脱各种线路的束缚，可以随时随地接入网络。WLAN（Wi-Fi）无线通信可采用2.4GHz或者5.8GHz通信频段。在铁路领域，WLAN无线局域网技术主要应用在编组站综合自动化车地数据信息无线传送。采用2.4GHz频段和IEEE802.11g、IEEE802.11n标准的设备进行组网，实现综合自动化CIPS调机业务等信息传送需求。综合自动化WLAN无线局域网系统主要由WLAN终端设备、接入点设备（AP）、接入控制点设备（AC）、PORTAL服务器、RADIUS认证服务器、用户认证信息数据库、业务运营支撑系统等组成。由于WLAN无线局域网频点是公众频点，将会受到外界终端设备的干扰，列车遮挡物影响，以及缺乏站场无线对讲业务、无线调车等业务的终端设备支持。因此，WLAN无线局域网不适用于涉及行车安全的铁路调车业务，不适应未来站场业务发展需求。

1.5LTE移动通信技术应用

LTE移动通信技术是铁路下一代宽带无线通信技术发展方向，比较适用于宽带数据信息无线传输。LTE有TD-LTE与FD-LTE两种不同的制式，虽然总体上都满足大带宽的数据通信需求，但也存在很多不同。FD-LTE是在分离的两个对称频率信道上进行接收和发送，依靠频率来区分上下行链路。TD-LTE是用时间来分离接收和发送信道，接收和发送使用同一频率载波的不同时隙作为信道的承载，可以根据上下行的数据大小动态进行分配，对于频率信道的利用率更好。未来铁路移动通信采用TD-LTE的概率较大。目前，在朔黄铁路已引入TD-LTE集群技术应用于列车同步操控、列车无线调度通信系统构成；在部分铁路局站引入TD-LTE集群技术应用于站场货检、车号等无线对讲和作业信息传送；在郑州地铁引入TD-LTE集群技术用于车地间PIS信息和视频监控图像传送。工信部根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及我国频谱使用情况，确定使用1447～1467MHz频段建设时分双工（TDD）工作方式的宽带数字集群专网系统。而1785～1805MHz频段，则主要用于本地公众网接入，对确有需要的本地专网也可用于无线接入，具体频率指配和无线电台站管理工作，由各省、自治区、直辖市无线电管理机构负责。在同一地区给一具有无线接入业务经营权的公众网运营商或专网单位指配的频率宽带一般不超过5MHz。未来，在铁路领域，可以考虑申请使用1785～1805MHz频段的5MHz带宽用于站场无线通信业务。TD-LTE支持1.8G/1.4G/400M专用频段，覆盖增强算法、高增益定向天线、高终端发射功率，多方式天线组网。TD-LTE移动通信系统移动性好，支持350km/h，具有完善的QoS业务保障，可二次开发定制终端、调度台、无线通信模块等；可提供调度通信语音业务、低速率或高速率数据信息传送业务，是一个比较完善的综合无线通信系统解决方案。LTE移动通信技术在铁路调度通信业务中的应用正在研究开发阶段，在站场或编组站中的无线调车、无线对讲、综合自动化信息无线传送系统中尚未被应用开发。

2未来站场综合无线通信系统技术选择

站场或编组站作业范围比较独立，技术作业业务较多，综合上述几种无线通信技术应用介绍，以及应用于站场多种业务情况下的可适用性进行分析，结合无线通信技术发展，选择TD-LTE移动通信技术作为未来站场综合无线通信技术。TD-LTE移动通信技术已在铁路和地铁领域获得应用，具有技术实用性和先进性，系统安全可靠，具备集中监测和维护管理，能满足站场各类业务综合承载能力和未来各业务信息化、智能化发展需求。铁路局可以申请使用1785～1805MHz频段的5MHz带宽合法频点用于站场无线通信业务。站场无线通信使用TD-LTE数字集群系统，可将公网MME、HSS、S-GW以及P-GW等多个网元合并为一个网元eCN，使其小型化，降低核心网成本，可以有效的节约近期工程投资，为将来铁路正线引入LTE移动通信系统应用预留互联互通条件。TD-LTE数字集群通信系统主要由核心网节点、无线子系统和无线终端组成。其中，核心网节点设置TD-LTE核心网设备，核心网设备通过交换机等设备与各种业务应用服务器相连；无线子系统根据站场覆盖和业务需求在铁路站场内设置，无线子系统设备包括LTE基站设备BBU（BasebandUnit）和RRU（RadioRemoteUnit）设备；根据需要配置相应的无线终端。

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2.2井下3G通信的实现

为实现井下3G通信，我们将部分通信技术与华为合作，采用其成熟完善的核心网系统，在井下布置3G专网基站，并在主干线路上通过光纤进行传输信号，非主干线路即枝干部分可通过电话线或工业用网线进行传输。这种技术的联合为我们提供通信平台，通过此平台，矿井管理部门可根据施工需要直接拨打井下工作人员携带的定制终端，该终端是符合煤安标准、符合3防标准的井下专用3G手机，实现语音通话，取得联系。下井人员可通过手机直接打给相应的管理部门，进行语音通话，听从指挥，顺利作业。

2.3井下人员定位的实现

为实现井下人员的准确定位，企业需要根据现场具体情况在井下区域和巷道中，比如井下交叉道口、主要巷道、必经之路等关键位置，放置一定数量的区域定位器和地标器。任意时刻，手机内的定位模块一旦被任意地标器或区域定位器感应到后，控制系统都可以接收到定位信号，并将信号上传到信息工作站，这样井上人员可随时跟踪井下人员的动态。井上的管理者可根据大屏幕上或电脑上反馈的信息，或者在井下也可通过观看智能定位手机上的分布示意图查看井下人员工作情况。一旦有事故发生，管理者可根据电脑或手机中的人员定位信息立即查出事故地点人员的状况，为营救人员定位事故地点，确保以准确快速的方式营救出被困人员。对于井下人员，一旦井下发生突况，可通过携带的定位手机进行紧急通话或发出警报。井下人员一旦进入限制区域时，其手机自身判断会进行报警，井上监控室的动态显示界面就会立即弹出红色报警信号窗口。如果井下通信信号连接中断，还可以定位手机来应用脱机定位功能，手机地图上还显示出最佳嗯逃生路线，有助于被困井下人员顺利逃生。

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可穿戴计算机系统的硬件在应用的促进下得到了长足发展。基于其特点，可穿戴计算机的各个组成部分(终端设备)一般都处于分置状态，即“穿戴”在人体的不同部位。传统的WearComp一般是利用线缆将各终端设备连接到主机的各种接口，使穿戴人肢体活动受到限制且主机的端口显得比较冗杂。而将以蓝牙(Bluetooth)以及GPRS技术为代表的无线通信技术引人可穿戴计算机中，可以进一步使可穿戴计算机的交互方式向移动性、可获取性、自然性和简洁性发展。相对于传统的有线接口方式，无线方式的设计则更具有人性化。其中，蓝牙技术解决了WearComp中各终端设备与主机的通信问题，除去了众多线缆对人的束缚；GPRS技术使得WearComp能够轻松地享受电信服务商提供的各项无线通信业务，且时时在线。另外，蓝牙和USB总线技术的应用使得传统可穿戴计算机过于冗杂的主机接口得以精简。在这些基础上，笔者提出了一种无线通信技术在可穿戴计算机中的应用。

1可穿戴计算机

随着计算机及相关元器件不断超微型化的发展，可穿戴计算机应运而生，是人们追求“计算机以人为本”这一理念和市场需求的必然产物。WearComp是计算机方面具有挑战性的前沿研究领域，是继PC机、笔记本电脑和掌上电脑之后的新一代计算机，也是计算机的尖端技术产品。它拓展了计算机的功能，开辟了新的应用领域，用途广泛，市场潜力巨大。作为新一代计算机(而不是新的机型)，可穿戴计算机将形成一个新的产业，并将深刻地改变计算机市场的竞争格局，其社会和经济效益不可估量。

可穿戴计算机在许多领域具有特殊用途，可广泛应用于工业、军事、情报、新闻、医疗、商业、农业、金融与证券、抢险与救灾乃至日常生活等领域。它与UC技术、智能化住宅、智能化商业、智能化交通等相结合将使未来人类的生活方式发生巨大的变革，进入一个高度数字化和自动化的时代。工业是目前最有潜力的应用领域之一，特别是在室外、野外、水下等一些特殊场合，可穿戴计算机将发挥非常重要的作用。例如：大型复杂设备的安装与检修、巡视与检查、采掘、野外勘探等。军事是目前可穿戴计算机另一个最具潜力的应用领域，主要用于侦察、作战指挥、通信、复杂武器系统的操作与维护及仿真演习等。根据不同的用途，可穿戴计算机的种类也是多样化的，分别有侦察兵、炮兵、装甲兵、步兵、后勤人员及飞行员等专用的可穿戴计算机[1]。

可穿戴计算机的主要组成部分包括低功耗嵌入式CPU、多种多样的便携式外设及其接口设备和能量高体积小的电源；基本外设主要有输出设备和输入设备。为了便于携带，输出设备用头盔显示器或眼镜显示器代替了传统的桌面台式显示器，输入设备用语音控制或较少按键的袖珍键盘代替了传统的键盘。另外，根据用户不同的需求，还需配备相应的外部设备，如无线通信设备、语音输入输出设备、图像采集设备、全球定位系统(GPS)以及各种各样的传感器。然而，为了将众多的外设集成在一起，必需将相应的接口电路集成在主板上。所以接口电路设计技术是可穿戴技术中关键技术之一[2]。

可穿戴计算机使人机关系变得非常紧密。同时，由于各种设备装备在人的身上，因此，安装的位置、形状、操作的便捷性等都要与人的自然属性密切结合，形成一个综合的、和谐的人机界面。这对新一代人机交互的研究提出了新的挑战。蓝牙技术的日渐兴起为实现人机交互方式的最大自由度提供了一个很好的解决方案。

2蓝牙技术在可穿戴计算机中的应用

2．1蓝牙技术概述

蓝牙是短距离无线数据的开放性规范。它以低成本近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙技术最初以取消各种电器之间的连线为目标。随着研究的深入，蓝牙技术已经用于实现网络中的各种数据及语音设备之间的无缝资源共享，以及工业控制网络之中。

蓝牙体系主要由蓝牙主机和蓝牙模块两大结构组成。蓝牙模块中最下层是无线电(Radio)，负责最终的物理链接，包括信号的调制、发送和接收。

基带(Baseband)：负责基带链路控制器的数字信号处理规范。基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。基带链路控制器中包含三种纠错方案：1／3比例前向纠错(FEC)码、2／3比例前向纠错码、数据自动重发请求(ARQ)方案。

链路管理层(LinkManager)：携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端的LM并通过LMP(链路管理协议)与之通信。

主机控制接口(HCl)：通过主机控制接口HCI，可以方便地把蓝牙模块嵌入到各种数字设备中作为一个终端。

应用层：在蓝牙主机上，是一些应用程序。

2．2蓝牙无线个域网

无线个域网WPAN的目的就是为了在小范围内能够将个人设备互联而组成网络。蓝牙作为一种小范围无线连接技术，能够在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据和语音通信，是目前实现无线个域网的主流技术之一。

蓝牙个人区域网PAN有两种应用模型：一种被称为组网络GN(GroupAd-hocNetworking)；另一种被称为网络访问点NAP(NetworkingAccessPoint)。这两种实现模式分别有不同的网络结构和协议模型[3]。组网被设计用来允许一个或多个蓝牙设备组成一个局域网络，而网络访问点提供蓝牙设备进入Intemet网络的能力。无论是NAP还是GN都必须提供与TCP／IP和其它网络协议的无缝实现。图1是GN在协议栈部分图示[4]。

根据可穿戴计算机将组成的个域网的特点，采用组网络模型显然是比较合适的。

2．3WearComp蓝牙个域网系统实现

2．3．1系统结构

下面以从事抢险救灾技术勘察工作人员的可穿戴计算机为例，具体介绍蓝牙技术的应用。根据工作人员的实际需求，该套可穿戴计算机应具有头戴显示器、耳机、耳麦、微型摄像机、手写输入板、腕式键盘和无线通信模块等外设。

根据蓝牙个人区域网PAN的组网络GN模式，笔者设计的可穿戴计算机系统结构组成如图2所示。其中各个终端设备和主机均内置了蓝牙模块。

2．3．2可穿戴计算机终端设备和蓝牙技术集成的实现

蓝牙协议支持点对点和点对多点的链接。每个蓝牙的微微网(piconet)中有Master和Slave两种权限，除了Slave和Master以外，各个Slave节点之间也可以通信。在这里只以单个的piconet为主干构建WearComp无线网络。Master节点为WearComp网络主控节点，实现信息的汇集处理功能；Slave节点为无线设备。考虑到各个无线设备之间是互相独立的，信息融合只在Master节点完成，所以仅实现Master点对多Slave点的通信，形成一个星型的拓扑结构。每个piconet有3位地址码，即piconet的容量最多为8个节点，各个Slave节点负责对原始数据的预处理(包括滤波、补偿、数字化等)和处理后数据的发送，上层是基于普通PC机或其他类型上位机(如嵌入式计算机)的Master节点，所有无线设备的信息在这

里进行更高一级处理。

在通用异步收发(UART)模式下，蓝牙模块依照标准接口使用，主控接口HCI已定义好，可以在RS232接口上实现。终端设备模块携带与蓝牙模块兼容的接口，如RS232。通过这个标准接口，终端设备接口模块可以与蓝牙模块连接在一起，实现对蓝牙模块的控制。这样不同厂家生产的蓝牙模块就可以与同一种终端设备衔接。

软件部分：整个系统的应用软件可分为三部分：

(1)运行在上位机上的应用程序，包括面向用户的图形用户界面、面向终端设备接口模块层的操作(主要是对终端设备的控制和通信)，以及同蓝牙模块上的HCI固件(firmware)的通信程序。这部分可用面向对象的编程语言实现，把每个终端设备节点作为一个节点类的

实例对象，应用程序通过与实例对应的句柄访问控制各个终端设备节点。

(2)嵌入到终端设备模块的MCU上的程序。针对不同的MCU用汇编或是C语言写成。主要完成原始信息的采集、处理、读取、与HCI固件的通信、利用终端设备接口模块层与上位机通信。

(3)蓝牙模块上的HCI固件固化在蓝牙基带模块的Flash存储器里。通过它实现终端设备模块、上位机中软件与蓝牙硬件的通信。

硬件部分：蓝牙模块采用爱立信公司的ROK101007，由无线电、基带和闪存构成，内置支持HCI的固件，有适于高速数据传输的UART接口和USB接口，也有适于语音传输的PCM接口。功耗小，具有内置屏蔽功能。主机CPU采用嵌入式Pentium，功耗仅为

1．5W，不需要风扇即可正常使用。

3USB接口技术应用子可穿戴计算机

体积小、功能强、设备多、集成度高是可穿戴计算机的主要特点之一。由于可穿戴计算机对多媒体的要求很高，要实现的功能很多，以至于其外设种类很多，所以要求其接口种类也比较多，如串口、MCP接口、USB接口及PCMCIA接口等。若将众多接口都集成在一起，不但设计复杂，而且集成后的体积仍然较大，且其扩充性也较低。USB接口则将这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。在可穿戴计算机的设计中采用USB接口作为主要的外设接口，可弥补上述不足。

具体实现：

(1)硬件部分：在主机端采用PHILIPS公司生产的PDIUSBDl2独立USB控制器。PDIUSBDl2的突出特点是特别适用于便携式USB设备、产品的改型设计，以及需要高速数据传输的数据采集系统。

(2)软件部分：USB设备的软件设计主要包括两部分：一是USB设备端的单片机软件，主要完成USB协议处理和数据交换(多数情况下是一个中断子程序)以及其它应用功能程序(例如A／D转换、MP3解码等)；二是PC端的程序由USB通信程序和用户服务程序两部分组成，用户服务程序通过USB通信程序与系统USBDI(USBDeviceInterface)通信，由系统完成USB协议的处理与数据传输。PC端程序的开发难度非常大，程序员不仅要熟悉USB协议，还要熟悉WINDOWS体系结构并能熟练运用DDK工具。

USB总线驱动设计主要包括五部分，分别是向上对USB设备驱动和应用提供的函数接口USBDAPI、向下对主机控制器驱动提供的函数接口HCDAPI、USB系统资源、集线器驱动、系统配置及总线枚举器(如图3所示)。定义好这些接口之后，后三部分可并行设计和开发。

目前嵌入式系统中软硬件产品种类很多。由于本文设计的USB总线驱动与USB设备和USB主机之间通过定义的标准软件接口，对USB设备和USB主机的操作分别通过各自的驱动完成，从而避免了与硬件直接打交道，所以这部分设计与硬件和操作系统的相关性不大，适于各种不同的系统。

4GPRS技术在可穿戴计算机中的应用

4．1GPRS技术概述

通用分组无线业务(GPRS)是在现有的全球移动通信系统(GSM)网络基础上叠加了一个新的网络，’它充分利用了现有移动通信网的设备，在GSM网络上增加一些硬件设备并进行软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它突破了GSM网只能提供电路交换的思维定式，以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，能够提供比现有GSM网9．6kbps更高的数据速率，其数据速率可达170kbps；它可以给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务，包括收发电子邮件、因特网浏览等IP业务功能[5]。

由于GPRS是分组交换技术，应用了统计复用技术，因此GPRS开通的数据通信是按用户数据的传输信息量计费，而不是按传统的按时计费方式，所以对用户而言还可以节省费用。另外，由于GPRS支持X．25协议和IP协议，因此，对于GSM网现有电路交换数据业务(CSD)和短信息业务(SMS)，GPRS是补充而不是替代。

GPRS开启了大众移动数据应用的大门。采用GPRS技术，用户可以得到以下好处：只对传输数据收费(实际用量)而对连接间隙不收费；保持永久连接；通过IP的直接ISP接人更廉价；新的应用能够实现真正的插人及操作方案；用户可以即时接人多种服务，如：在上网的同时可以进行语音呼叫；手机的IP功能(互联网、遥测、电子商务等)。

基于可穿戴计算机的可移动性和灵活性，能够与外界进行良好的无线通信成为其必备的功能。因此，笔者为WearComp配备了一个基于GPRS技术的无线网卡。

4．2USB接口的GPRSModem的设计

4．2．1硬件设计

本Modem设计中用到的主要元件包括51系列单片机W77E58、独立的USB接口芯片PDIUSBD12及爱立信公司生产的GPRS模块GM47(如图4所示)。

图4

W77E58是由Winbond公司生产的与51系列兼容的单片机。它支持40MHz晶振频率且缩短了指令周期，具有与51系列兼容的指令集和与80C52兼容的引脚排列，以及32KB的FlashEPROM和1KB的片上SRAM；另外，它所提供的CMOS电平也与GM47模块所提供的CMOS电平完全兼容，无需再进行电平转换。以上这些特性都说明将单片机W77E58用于本Modem的设计是非常合适的[6]。

由PDIUSBD12和W77E58构成的USB接口电路：PDIUSBD12的8位并行数据接人W77E58的P0口，P2．6作为PDIUSBD12的命令或数据的选择线。PDIUSBD12与W77E58的数据交换采用中断方式(外部中断0)。USB设备通过四线电缆接入主机或USBHub，这四线分别是：Vbus(总线电源)、GND(地线)、D+和D-(数据线)。主机通过D+和D-上的电压变化检测设备的状态：刊。

由GM47模块和W77E58构成的GPRS接口电路：作为一种应用终端模块，GM47通过自带的UART端口与控制它的MCU或PC机联系。在UART端口引脚中，RD(串行数据输出)和TD(串行数据输入)作为数据口分别与W77E58的RXD和TXD连接，而CTS(发送清零)、TS(发送请求)、DTR(数据终端准备好)、DED(数据有效检测)作为控制口分别与W77E58的P1．0～P1．3连接。这样就完成了GM47与W77E58的通信控制连接。为了实现GPRS的功能，GM47模块还需要完成SIM卡、天线、电源等部分的连接。

4．2．2软件设计

USB部分：W77E58对PDIUSBD12的控制软件主要完成USB协议处理与数据交换以及其它应用功能程序。在本设计中，要求利用W77E58相对高的处理速度完成可穿戴计算机主机发来的较大数据量的处理(如经压缩过的视频、音频信号等)。

GPRS部分：GM47GPRS模块的软件部分对外提供了一个控制系统操作的AT指令集，通过接收来自UART的AT指令，解释并执行相应的操作，从而实现无线Modem的对应功能。所有的Modem命令都是从一个特定的指令前缀(AT)开始，到一个命令结束标志结束。以下介绍几个常用的AT指令[8]：

ATD／／拨号指令：在后面接电话号码，并可通过ME、SM、LD等控制字选择号码的来源是机器、SIM卡或是最近所拨号；

ATH／／挂起：提示终止通话；

ATO／／返回至在线数据模式：在通话过程中从在线控制模式转换到在线数据模式；

AT+CGATr／／是移动终端进入或离开GPRS服务(后接“1”为进入，“0”为离开)；

AT+CGDATA／／进人数据状态：利用PPP等协议完成将移动终端连接到网络上的操作；

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1895年5月7日俄国物理学家波波夫已“金属屑与电振荡的关系”的论文向全世界宣布无线电通信技术的诞生，并当众展示了他发明的无线电接收机，那天俄国当局定为“无线电发明日”。

1896年3月24日，波波夫将无线电通信的通信距离延长到250米，做了用无线电传送莫尔斯电码的表演为无线电通信技术拉开新的序幕。

1898年，年轻的意大利青年马可尼利用游艇证明了他的无线电电报能够在20英里的海面畅通无阻地通信，第一次实际性地使用无线电通信技术。

1901年，他在相隔2700公里英国和纽芬兰岛之间成功地进行了跨越大西洋的远距离无线电通信，从此人类进入无线电波进行远距离通信的新时代。

随后，无线电通信技术如雨后春笋其涌现出来。直到1946年，美国人罗斯.威玛和日本人八本教授利用高灵敏度摄像管家用电视机接收天线问题，从此超短波转播站一些国家相继建立了，无线电通信技术迅速普及开来[2]。

随着电子技术的高速发展，信息超远控制技术为满足遥控、遥测和遥感技术的需要，于人们生产与生活中被广泛使用；后来微电子技术也推动了电子计算机的更新换代，使电子计算机信息处理功能大大增加，日益成为信息处理最重要和必不可少的工具。

信息技术是以微电子和光电技术为基础，以计算机和通信技术为支撑，以信息处理技术为主题的技术系统的总称，是一门综合性的技术。今天的信息化时代，就是电子计算机和通信技术紧密结合的标志。

无线电通信技术发展到今日，拥有无限潜力。军事、气象、生活、生产等各个领域都对其都有空前的需求。虽然无线电通信技术优点虽然卓越，但其缺点至今给技术的发展带来很大的障碍，都是我们亟须解决的难题。

2无线电通信技术的特点

近些年无线电通信技术领域引入无线接入技术，是迅速发展起来的新技术领域，不需要传输媒质，部分接入网甚至入网的全部皆可直接采用无线传播手段代替，无论是概念上还是技术含量上都产生了一个重大的飞跃，实现了降低成本、提高灵活性和扩展传输距离的目的。其特点喜忧参半，优点主要体现在传输线路线、通信方式等方面，我们可以总结如下：

不受时空限制。大多数情况下，人们对通信运用的时间、地点、容量需求无法预知，而无线电通信不受时空限制的优点能够采取灵活多样的手段和方法，确保通信联络综合高效，语音、数据、图像的综合传输畅通无阻，随着近年来国内各个经济领域和国际经济的来往，无线电通信技术不受时空限制方法为其打开方便之门，尤其通信与网络的连接，通信技术踏上新的台阶。

具备高度的机动性及可用性。无线电通信技术传输数字化、功能多样化、设备小型化、智能化及系统大容量化决定了其具备高度的机动性和可用性，尤其在军事构建地域通信网方面起到很大的作用。

可靠性高。无线电通信比起有线通信的一个卓越优点在抵抗水淹、台风、地震等方面有较大的可靠性，一般情况下除非信号干扰都能保持通信的畅通，这也是无线架输的最大特点。

无线电通信技术虽然解决了架设传输线路线、脱离传输距离限制、传输距离远、通信灵活等的难题，但其信号容易受到干扰、影响，还有容易被截获造成了该项技术的保密性极差。无线电通信技术的缺点几百年来都是让人头疼的问题，目前全球化经济愈演愈热，其信号的稳定性与安全性上升为经济领域里关注的焦点，因此，无线电通信技术的通信方法拓新成为其发展的新话题。

3无线电通信技术之通信方法的拓新

21世纪无线电通信技术正处在关键的转折时期，尤其最近几十年最为活跃。信息化的飞速发展和IP技术的兴起，欲求无线电通信技术适应未来社会生产和生活的需求。务必在通信方法上进行一系列的拓新。针对以上无线电通信技术的缺陷，笔者认为，我们可以从通信技术、信息技术、网络技术、蓝牙技术、软件技术等方面进行尝试，主要可总结一下八点：

3.1采用了数字通信技术

提高系统频谱资源的利用率，维持信号上的稳定，避免通信信号收到干扰，增大了系统通信容量，提供话音、图像和数据等多种通信服务，确保用户信息安全保密。

3.2推广通信信息技术宽带化的发展

信息的宽带化对于光纤传输技术和高通透量网络的发展起到关键的推进作用[3]，尤其近年来世界范围内全面展开，无线通信技术正朝着无线接入宽带化的方向演进，这个方向对无线电通信信号源稳定来说的确非常之重要。

3.3推广个人信息化技术

个人信息化在全球个人通信已经有着不争的发展趋势。个人信息话，能够有效地减低传输路线的信息量堵塞，大幅度提高通信的传播速度。

3.4拓新接入网络的样式

技术上融合实现固定和其他通信等不同业务，在无线应用协议（WAP）的出现以后，无线数据业务的开展得到大幅度的推动，促进了信息网络传送多种业务信息的发展。随着市场竞争的需要，传统的电信网络与新兴的计算机网络融合，尤其具备开发潜力接入网部分通过固定接入、移动蜂窝接入、无线本地环路入等不同的接入设备，满足了生活与生产地各种通信需求。3.5过渡电路交换网络

关于过渡电路交换网络，IP网络无疑是核心关键技术，是最合适的选择对象，处理数据的能力电路交换网络大大提升，这一点对保持通信畅通方面解决了信号容易受到干扰的难题。

3.6使用Bluetooth技术作为信号传感器

Bluetooth技术具有更高的安全性和适用性，利用蓝牙做出来的传感器随时反映出用户所需要的信号方向，一旦连接到Internet上的话，即可以实现更具备高度的机动性及可用性。

3.7推广软件无线电

软件无线电通信侦察与对抗方面世人瞩目，但它仅限于军事通信领域,如果能够推广到市场，对于无线电通信技术的通信内容保密性来说将是一大跨步的改革创新。

3.8提高无线通信网络可持续性

无线电通信技术的网络设备如果没有良好的配置和网络部署，一旦受到安全威胁，其后果不堪设想。因此，无线电通信技术通信方法的拓新我们与必要提高网络设备性能、优化设备配置、冗余备份等等手段来保证网络的可靠性[4]。

结束语

回顾无线通信的发展历程，无线电通信技术的传输路线、传输距离、通信灵活性、信号稳定性、保密性等方面的需求将愈来愈突出。通信方法新技术的拓新将有愈来愈广阔的活动舞台及光明的发展前景。鉴于市场对经济的推进作用，尽管我国的无线电通信技术发展速度飞快，但面对我国12亿人口的通信需求，无线电通信技术普及率低的问题，面对我国12亿人口，网络规模和容量方面就变得苍白无力了。同时，无线电通信技术愈来愈激烈竞争局面促使各无线电通信运营企业积极拓新新的技术涵盖面，提升自身的营业水平，为市场提供丰更加富的选择，满足用户各个方面、各个层次的需求。因此，在无线电通信技术通信方法应用开发的发展潜力无穷，这要求我们积极加快无线领域的科技进步，为无线电通信技术创新出谋划策，为全球信息化及经济全球化的通信事业贡献力量。

参考文献

[1]《信号与系统(第二版)》A.V.Oppenheim西安交通大学出版社2000年.

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