衛星通信優缺點范文
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【關鍵詞】信息技術；衛星通信；語音傳輸技術
0 引言
隨著當前科學技術的飛速發展，各種通信手段和通信技術的發展也在不斷的加快和不斷的趨于成熟。衛星通信、衛星網絡作為光纜傳輸網絡的重要組成部分和重要的補充以及備份支撐著整個衛星通信的發展，為衛星通信的發展提供著有力的保障。然而在衛星通信的過程中其通信頻點內帶寬、狹窄造成通信量的有限性和限制性。為了能夠更加高效的利用衛星通信資源，語音傳輸新技術正在逐步的應用在衛星通信網絡當中。
1 衛星通信概述
1.1 衛星通信的概念
衛星通信系統由衛星端、地面端、用戶端三部分組成。衛星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發上來的電磁波放大后再返送回另一地面站，衛星星體又包括兩大子系統：星載設備和衛星母體。地面站則是衛星系統與地面公眾網的接口，地面用戶也可以通過地面站出入衛星系統形成鏈路，地面站還包括地面衛星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站。用戶端即是各種用戶終端。
1.2衛星通信的發展趨勢
自第一顆衛星發射升空，開啟了空間技術發展的新紀元，衛星通信技術的優勢使各個國家都極力發展這種技術，并在各個領域，尤其是在軍事和民事領域得到充分應用。衛星通信的發展趨勢總的發展方向是大容量、大功率、高速率、寬帶、低成本、高發射頻率、多轉發器、多點波束和賦形波束，應用星上處理技術切換信號，處理信號等，21世紀的衛星直播電視（DBS―TV）、個人移動衛星通信、多媒體衛星通信、衛星音頻廣播、衛星網絡電視等將會得到大量發展。VSAT業務范圍不斷擴大，深入到國民經濟的各個領域，更加顯示其經濟和社會效益，Ka波段的應用使設備更加小型化，當然亦帶來衰減嚴重的缺陷。光通信在衛星通信中的應用逐漸變得成熟可取，它要求精確的衛星控制技術，在國際上還處于研發階段，預計不久將會進入實用階段。
1.3 衛星通信的優缺點
了解衛星通信的優缺點，一則可以了解目前衛星通信的發展形勢，二則可以明確發展改進衛星通信中語音傳輸技術的必要性，是語音傳輸技術在衛星通信中應用的前提。要了解衛星通信的優缺點，就要與光纖傳輸技術進行對比才能洞徹所有。
衛星通信的通信范圍極大，主要表現是，只要在衛星輻射信號范圍內的兩點均可以進行無線通信，這種特點一則保證了它的可靠性，因為這種傳輸并不會受外界環境影響，比如洪水地震等自然災害的影響，它可以影響到一些具體的地面設施，卻不能威脅位于太空的衛星設施，但是在一些地形復雜的地域，比如說多高山地區、或者大型建筑物集群地區，由于山體或者樓體的遮掩，會造成信號遮擋現象或者信號不穩，因為衛星通信主要靠信號輻射實現它的功能。
衛星通信的設置步驟簡單，即只要設置一種特殊的電路既可完成，沒有復雜的工程做工，更無資源的損害與自然環境的破壞，也無設備損壞的后顧之憂。
但是這種通信作價高，因為衛星通信不同于傳統的光纜通信，光纜工程雖說耗時、耗材、耗人力，但是它采用的材質來源豐富，價錢低廉，因此使用成本就非常低，非常適合普通人使用，針對衛星通信運用超高科技與做工精細的儀器，導致它的運行成本會高于常規的光纜通信，使用資費更是高出十幾倍之多，因此使用人群極少。
而且衛星通信采用的是無線傳輸，這種傳輸方式雖說簡單易行，但是，卻有可能造成信號的丟失或者信號的缺失，在這方面，還是光纜通信這種光波輸送安全性高，保密性好，因為光波只能在光纜內進行活動，并不會受外界影響，在通話傳輸上，它的技術還有待提高。
2 語音傳輸技術的應用
衛星通信與傳統電纜、光纜通信適用領域有所不同，而且它又被本身的缺陷所制，衛星通信在現階段作為光纜通信重要后備資源而存在著，它一方面彌補了光纜傳輸中的不足，一方面也在極力發展完善它自己的技術。衛星通信與光纜通信不同，它的通信容量有限，不同于光纜通信容量巨大、潛在寬帶可達20THz ，使作為衛星通信重要組成部分的語音通信受到極大限制，因此如何克服解決這一固有的問題，是現階段衛星通信的一項艱巨任務。
正如業內人士所知，衛星通信系統采用卷積碼、QPSK 與QAM相結合的編碼調制方式，這也是當前眾多商業衛星采用的一種方式，但是這種方式不能高效地傳輸本來受限的無線信號資源，導致資源的流失，原因在于這種方式被通信系統的誤碼率制約著，使這種方式必須采用某種特定的卷積碼來實現某種具體的功能，而這種特定的很長的限定長度卷積碼將相應導致譯碼設備相比以前更為復雜，因為這種復雜性，將導致原本衛星通信系統本身固有的缺陷更加暴露無遺，將導致衛星通信信息語音傳輸的效率更低，影響衛星通信功能的發展擴大，制約了衛星語音信息傳輸的高速性，不能適應未來業內形勢的發展，因此調整編碼譯碼方式，改進通信過程中編譯碼技術，是當前衛星通信領域內首要應解決的問題，它將影響到語音傳輸的效率、以及語音信息傳輸的質量，即抗干擾性問題。
針對原有技術存在的問題以及不良影響，一種新型技術――TCM/IDR技術被挖掘出來，并最先運用在衛星通信領域。TCM/IDR技術同時使用SPSK調制技術和Reed-solomon正交編碼技術，是國際通信衛星組織（Intelsat）最近推薦的高質量中速數據載波方式，其業務平臺支持語音和數據傳輸同時能夠滿足對網絡低誤碼/高性能的要求。TCM/IDR技術所提供的性能可達到在1年內的平均誤碼率（RER）遠小于10E-10（即優于99.96%），超過國際電信聯盟（ITU-T）G.826所提出的要求。相對于國際通信衛星組織于1984年第一次提出并使用至今的QPSK/IDR數字載波技術，TCM/IDR技術是又一步的改進和提高，其支持數據流的速率范圍是64kbit/s-44.736Mbit/s，對于傳輸同等信息速率的數據流來說，與QPSK/IDR技術相比，將節約 20%的衛星無線頻帶資源。同時，TCM/IDR技術能更有效地利用衛星轉發器的功率，這是因為目前絕大部分的Intelsat用戶采用QPSK/IDR技術，以致一些衛星轉發器的帶寬已達使用極限，但轉發器功率還有余量可利用。因此，在使用了TCM/IDR技術后，可通過更有效地利用衛星轉發器資源（功率和頻帶），從而在目前已達頻帶使用極限的轉發器內增加通信容量。
3 結語
隨著社會經濟的快速發展和大業務量需求的不斷上升，衛星通信作為一種重要的語音信息傳輸平臺日益受到人們的青睞，未來隨著技術的不斷發展和融合衛星通信工程中傳語音輸技術的應用將會被不斷升級，超高速率、無縫接入、靈活可靠的傳輸技術也將不斷涌現。
參考文獻：
[1]鐘志剛.TCM/ 8PSK/ IDR 與 QPSK/ IDR衛星載波特性比較[J]郵電設計技術，1999（9），11-15.
[2]余昌剛等，TCM/IDR信道單元幀同步的實現[J].北京理工大學學報，2001（6），774-776.
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【關鍵詞】應急救援；通信；輔助設備
近些年來，由于全球氣候變暖，造成極端天氣情況增多，引起臺風、洪水、滑坡、泥石流等自然災害頻繁發生。此外，我國處于多條地震帶中，地震也時常發生，造成人員傷亡和財產損失。因此，應急救援成為了挽救人民生命和減少財產損失的必然選擇。而應急救援力量到達現場后最緊要的事就是把災情及時向指揮部通報，為指揮部的決策提供依據。那么，怎樣利用現有的一些技術來保障應急救援通信？我有一些淺顯的認識與大家分享。
1衛星應急通信
2008年的汶川地震是一場巨大的災難，無數房屋夷為平地，交通中斷，電力中斷、通訊中斷，汶川瞬間成為了一座“孤城”，外界無法知曉城內的狀況。直到震后12min，汶川縣電信員工才通過衛星電話發出了第一聲求救；31h后，武警某部參謀長率領200名官兵達到震區，通過衛星電話發出了救援的第一個聲音；44h后，新華社記者利用海事衛星發出了災區的第一張圖片，至此，外界才對震區有了大概的了解?？梢?，衛星通訊在應急救援中的重要性。什么是衛星通信？簡而言之就是利用衛星作為中繼而進行的通信。衛星通信的特點是范圍大，只要在衛星發射的電波覆蓋的范圍內，從任何兩點之間都可以進行通信。而衛星移動電話是衛星通信最為方便的載體，它的體積小、功耗低、使用簡便，通信基本不受地面環境的影響。所以，衛星移動電話是先期進入災區進行通信的最好選擇。目前，在國內使用較多的是海事衛星電話、全球星電話、銥星電話等，其優缺點見下列表，在應急救援中可根據實際情況選擇使用。在汶川地震中救援中，使用較多是海事衛星電話，效果最好的是銥星電話。但是，衛星移動電話通病是在大型建筑內或山體、樹林遮蓋住設備本身時無通信信號或閃爍不定，必須到開闊地帶，找到衛星信號好的地方進行通話。
2移動應急基站通信
車移動應急基站通信車既可獨立作為現場通信中樞，又可作為一個遠端通信節點通過無線傳輸方式與骨干網相連.進行話音通信和數據傳輸，從而實現現場無線覆蓋。它具有架設方便、機動靈活、功能齊全、覆蓋范圍廣等特點近年來被廣泛應用于自然災害和緊急事件的搶險救援中。移動應急基站通信車到達目的地后，它會張開車頂的雙向衛星通訊天線，通過自動校準系統與通訊衛星匹配。車尾部有一根油壓升降抱桿升到一定的高度，其頂端就是GSM手機天線，可以發射通信信號供手機用戶使用。應急通訊車的服務容量有限，車載微基站設備僅能向周圍幾平方公里的范圍的用戶提供通話服務，而且同時通話的手機數量也有一定的限制。這是由于它自身條件有限造成的。一般手機基站的天線越高，它能覆蓋的范圍就越廣，所以很多時候它要借助地勢高度來擴大覆蓋范圍。移動應急基站通信車對道路通行能力有一定的要求，越野型應急通訊車一般在救災初期應用，或是在某些通話量不大的場合使用。重型車機載設備功率大，覆蓋范圍廣，適合災情有一定突破，在災民集中安置點設置。
3飛艇（熱氣球）移動通信基站
飛艇（熱氣球）移動通信基站是將移動微基站置艇或熱氣球中，提升基站涵蓋范圍。一般移動基站車天線高度約8m，覆蓋半徑范圍500m，飛艇（熱氣球）基站可以上升到60m，覆蓋半徑1.7km，可突破地形限制，讓移動網絡涵蓋更高更遠。此技術已經試驗成功，可以作為應急通信手段。但是飛艇或熱氣球使用有一定局限性，例如需要開闊場地進行放飛，需要專業人員進行操作；相關輔助設備如氦氣瓶、發電機等需要車載，因此對道路通行有一定的要求；若遇上大風、暴雨等惡劣天氣，放飛和系留都會有一定的困難。因此它適合于作為補充通信手段。
4老式發報機
有人看著這里可能很不以為然，現在科技都日新月異了，怎么還裝備已經淘汰的裝備呢？正所謂“尺有所短，寸有所長”，高科技產品固然性能先進，如果災區地形復雜或者氣候條件惡劣等情況下，衛星電話等設備的使用受到限制，可以用它進行發報，以傳遞第一手的信息。老式發報機設備簡單，單人完全可以攜帶。而且發報所用的摩爾斯電碼，經過多年的發展，已經很成熟，經過一定的培訓即可使用，由于此電碼在國際上公開，翻譯也較為方便。老式發報機的通信距離可達千公里以上，一直為世界各地無線電愛好者使用。所以，它完全可以作為一種補充通信手段。
5其它輔助設備
隨著GPS（北斗）導航設備的普及，GPS（北斗）手持機可以給救援隊伍指引道路，還可以讓指揮部及時了解救援隊伍的所在位置。GPS的定位精度在10m左右，而北斗衛星導航系統為我國自主研發，在亞太地區借助與類似于廣域增強系統的廣域差分技術（廣域增強），可提供更高的定位精度，最高為1m。北斗授權用戶還可以通過北斗衛星導航系統進行信息的收發，即短報文服務，這項服務僅限于亞太地區，軍用版容量為120個漢字，民用版49個漢字，而且北斗衛星導航系統的終端還可以向手機發送短信，價格為每條3角人民幣。所以，在國內，北斗不僅可以提供定位，還可以發送信息，相當于能進行簡單的通信。
6.結語
綜上所述，先期進入災區的應急救援力量可以攜帶衛星移動電話作為主要的通信手段，同時攜帶GPS（北斗）手持終端作為輔助手段，發報機視情況作為備份裝備；災區道路通行情況有了改善可以利用當地通信部門的移動應急基站通信車（越野型）進入災區作為應急通信；災情穩定后，在人員集中安置點設立移動應急基站通信車（中型或重型）為更多的人提供通信服務。如果現場條件具備，飛艇（熱氣球）基站可以作為移動應急基站通信車（中型或重型）的補充，或者替代它。
參考文獻
[1]呂春英，段國力，葉淑香.淺談應急救援中的通信保障[A].2014第二屆中國指揮控制大會論文集（下）[C].2014，08.
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【關鍵詞】 衛星通信 技術跟蹤 特點分析 步進跟蹤 圓錐掃描跟蹤伴隨著越來越發展的空間技術，使得衛星能夠適用于多個領域，在初期衛星僅僅適用于通信范疇，然而目前已經擴展到了多個領域中去，由于其覆蓋面較為廣泛，受限小等多方面特點受到了各個領域的重視。傳統的固定衛星通信已然無法滿足現下各行各業的要求，于是就有了后來的“動中通”衛星移動通信系統。
一、程序跟蹤
1.1程序跟蹤原理
程序跟蹤技術原理圖如下圖1，其通過使用 GPS 或者是 CNSS測出載體所在的具體地理位置經度λ和緯度 φ ，然后再通過利用載體上的慣性導航系統將載體的具體姿態參數也就是下圖中k、θ、Φ的三個值進行測算出來，然后再根據衛星的經緯度，以及通過天線控制計算機單元進行解算。
1.2程序跟蹤的優缺點
優點：系統操作簡單且跟蹤速度快，比較適用于初始捕捉。如在跟蹤天線受到遮擋情況下，天線仍舊能夠指向衛星，且若消除遮擋，便能即刻建立通信鏈路。缺點：一旦發生了傳感器故障，單單這一點那么會發生整個系統的癱瘓。
二、步進跟蹤
2.1步進跟蹤基本原理
通過字面理解我們大致就能夠對步進跟蹤進行解釋，也就是按照固定的算法進行一步一步的控制天線移動，從而進行衛星對準，然后在到天線接收到的衛星信標強度能夠達到最大值的時候，才能夠進入到一個平衡期，再經過了一段時間之后，再進入跟蹤狀態，不停的往返工作，圖2是步進跟蹤的原理圖，步進跟蹤由搜索步以及調整步構成天線的運動。在具體的操作過程期間，該兩個過程可以分開進行也能夠同時進行。如果說天線的位置在衛星信標強度是A的方位，而且步進一步后天線接收到的衛星信標強度為B。若發生了A大于B的情況，那么步進的方向是向著衛星的方向運動，調整步就同搜索步是同一步。通過這些，我們可以知道，搜索步是否正確確定方向變得極其重要。如果說方向發生偏差，那么繼而天線會朝著衛星的方向發生變化，從而發生差錯。
步進跟蹤又稱之為極值跟蹤，由于其跟蹤的技術結構相對比較簡單，且系統成本不高，穩定性強，利于實現因此在現實中使用的頻率較高，所以本文重點要講的就是該種技術，步進跟蹤技術總是以這樣的頻率進行工作：休息--跟蹤的交替著。通過搜索步來將天線轉動的方向進行確定，調整步做的是在這個方向上面進行轉動天線的步驟。在這個動作之后，那么整個的步進跟蹤系統才會進行工作。基本上需要在進行了很多次的搜索步之后進行搜索才可以將天線轉動的方向進行確定下來，這樣天線就能夠返回到原先的方位，再像搜索步所定位的方向進行轉動，這最后一步我們稱之為調整步。調整步同搜索步間的最大差別就在于，如果經過了調整步之后，那么天線將沒有辦法在返還到原先的方位上去，搜索步就不一樣了，可以透過計算機在較為恰當的積分時間內對接收電平的增加或者減少進行區分，若電平發生了增多的情況，那么天線可以沿著原來的方位進行技術轉動一個比較小的度數，若接收的電平發生了減小的情況，那么天線則會向反方向進行旋轉。俯仰的方向同方位方向可以重復著交替運作，從而來讓天線的波束與衛星進行逐步對準。
2.2步進跟蹤的優缺點
優點：作為步進跟蹤來說其具體的設備以及原理都較為簡單并且價格實惠，能夠對饋源網絡進行簡化。并且能夠采用較為普通的信標接受機以及數字接收機取代單脈沖跟蹤接收機，更適用于普通站。缺點：跟蹤精度相對不高，無法讓天線波束停留在對準衛星的方向上面，只是在這個方向的四周圍進行擺動。且跟蹤速度并不是很快。
三、圓錐掃描跟蹤
3.1圓錐掃描原理
圓錐掃面的原理大致就是通過使用天線收到的信號幅度作為角度進行測量，這個幅度值的變化規律取決于天線方向圖及天線掃描方式。圓錐掃描根據饋源喇叭繞對稱軸進行一個圓周運動，或者說副反射面進行旋轉從而產生的一個旋轉射束，圓錐掃描的原理要求衛星在這個圓錐之內，取一個垂直于等信號軸的平面，則天線最大輻射方向的頂點就形成了一個圓形軌跡。天線波束作圓錐掃描時，繞著天線等信號軸旋轉，因為等信號軸偏離天線最大輻射方向的角度相等，故旋轉過程中這個方向天線的增益始終不變。當衛星在等信號軸位置時，接收機輸出的是等幅信號。如果衛星偏離等信號軸方向，衛星有時靠近有時遠離天線最大輻射方向，這就導致了接收的信號幅度也產生了相應的一定的強弱變化。調制的相位同波束偏離的方向相關，因此通過調制信號的幅度以及相位就能夠將天線波束指向的誤差進行檢測出來。具體的跟蹤接收機將這個調制信號進行檢測出來，并且通過波束進行旋轉期間所發出的正交基準信號進行調制信號的方位檢測以及俯仰相敏的解調，從而將直流誤差信號控制天線向誤差的信號向著減小的方向進行轉動，直至檢測出來的調制信號為最小即可。
下圖3所示的是圓錐波束空間圖，該圖的立體感會比較強，從圖中我們可以看出，O’B作為天線的最大的輻射方向，同O’O這個偏離信號軸之間有一個 δ ，若波束按著定量的角速度ωf繞等信號軸O’O進行轉動期間，那么波束的最大輻射方向O’B就是如下圖所示的一個立體的圓錐形，作為圓錐掃描的基本原理指的就是在這個圓錐之內取一個垂直于等信號軸的一個平面，而天線的最大輻射方向的頂部就構成了這樣的一個圓形狀的軌跡，通過下面的空間圖我們能夠直觀的看到。天線的波束作著圓錐狀的掃描，由于等信號軸偏離天線的最大的輻射的方向的角度是相同的，因此，在進行旋轉該過程中間該方向天線的增益一直都是固定不變的。如果衛星在等信號軸位置期間，那么接收機所輸出的是等幅的信號，如果衛星偏離了這個等信號軸的方位，那么衛星則有時會靠近有時會遠離天線最大值數的方向，這就導致接收的信號幅度也會發生相應的變動，至此，所收到的信號是調幅的，它的調制后的頻率是天線的圓錐掃描頻率ωf，目標偏離等信號軸方向的大小決定了調制的具體深度，并且目標偏離等信號軸的具體方向決定了調制波的起始相位。
3.2 圓錐掃描跟蹤的優缺點
圓錐掃描同步進跟蹤有同樣的優勢就是造價較低，但是精確度不高，所以單從技術水平來說其專業度不夠。
四、單脈沖跟蹤
4.1單脈沖跟蹤原理
單脈沖跟蹤原理，在上述幾個跟蹤方式中，屬于較為先進的跟蹤方式，它能夠在一個脈沖的間隔期間就能夠將天線波束偏離衛星的具體方位進行確定下來，如果天線波束對準了衛星，那么天線就能夠收到“差波束”以及“和波束”的輸出信號，如果波束偏離衛星，那么單脈沖跟蹤體制能夠分成幅度單脈沖跟蹤體制和相位單脈沖跟蹤體制兩種。幅度單脈沖體制跟蹤天線由四個饋源以及一個拋物反射面所構成，四個饋源都發生偏離拋物面焦點而且對稱發生了排列現象，將會產生四個偏離拋物面對稱軸的獨立波束。再通過這個獨立波束發出一個控制信號去將衛星天線發出驅動對準信號。
4.2單脈沖跟蹤的優缺點
優點：其具有精準度高以及時效性良好的有點，其精密度是之前幾種跟蹤方式無法匹及的。缺點：該種跟蹤方式不僅設計復雜而且造價較高，一旦發生故障的話，修理起來非常困難?？梢哉f不適用于普通站，推廣起來較艱難。
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一、概述
電力通信網是為了保證電力系統的安全穩定運行應運而生的。它同電力系統的安全穩定控制系統、調度自動化系統被人們合稱為電力系統安全穩定運行的三大支柱。我國的電力通信網經過幾十年風風雨雨的建設,已經初具規模,通過衛星、微波、載波、光纜等多種通信手段構建而成為立體交叉通信網。隨著無線通信技術的發展,無線通信系統的特性發生巨大的變化。鑒于采用無線通信網不依賴于電網網架,且抗自然災害能力較強,同時具有帶寬大、傳輸距離遠、非視距傳輸等優點,非常適合彌補目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡單介紹一下無線通信傳輸體制的應用特點和優缺點,并分析其在電力系統的應用前景。
二、無線技術介紹
(一)無線通信技術的概念
目前,無線通信及其應用已成為當今信息科學技術最活躍的研究領域之一。其一般由無線基站、無線終端及應用管理服務器等組成。
(二)無線通信技術的發展現狀
無線通信技術按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術,即基于IEEE802.15的無線個域網(WPAN)、基于IEEE802.11的無線局域網(WLAN)、基于IEEE802.16的無線城域網(WMAN)及基于IEEE802.20的無線廣域網(WWAN)。
總的來說,長距離無線接入技術的代表為:GSM、GPRS、3G;短距離無線接入技術的代表則包括:WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術主要有:3.5GHz無線接入(MMDS)、本地多點分配業務(LMDS)、802.16d;移動無線接入技術主要包括:基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術的代表有3G、LMDS、WiMAX;窄帶無線接入技術的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統。
1.主流無線通信技術
從技術發展的趨勢可以看出,以OFDM+MIMO為核心的無線通信技術將成為未來無線通信發展的主流方向。而目前基于該技術的無線通信技術主要有:B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術。
2.其他無線通信技術
除了上述主流的無線通信技術外,目前已存在的無線通信技術還包括:IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術及LMDS、MMDS、點對點微波、衛星通信等長距離通信技術。
(1)IrDA:Infrared Data Association,是點對點的數據傳輸協議,通信距離一般在0~1m之間,傳輸速率最快可達16Mbps,通信介質為波長900納米左右的近紅外線。
(2)Bluetooth:Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段,使用跳頻頻譜擴展技術,通信介質為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
(3)RFID:Radio Frequency Identification,即射頻識別,俗稱電子標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術,通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據。RFID由標簽、解讀器和天線三個基本要素組成。
(4)UWB:Ultra Wideband,即超寬帶技術。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信,幾乎是全數字通信系統,所需要的射頻和微波器件很少,因此可以減小系統的復雜性,降低成本。
三、無線技術優劣分析
(一)WLAN技術分析
Wi-Fi的技術和產品已經相當成熟,而且大批量生產。該技術適用于無線局域網,作為有線網絡的延伸,對于特殊地點寬帶應用,盡管Wi-Fi技術應用非常廣泛,但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患,Wi-Fi采用的是射頻(RF)技術,通過空氣發送和接收數據。由于無線網絡使用無線電波傳輸數據信號,所以非常容易受到來自外界的攻擊,黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內盜取數據甚至進入未受保護的公司內部局域網。
(二)WiMax技術分析
WiMax是一個先進的技術,推出相對較晚,存在頻率復用性小、利用率低的問題,但由于最近才完成標準化,該技術的大規模推廣還需要實踐考驗。從應用前景看,該技術可以在較大范圍內滿足上網要求,覆蓋可以包括室外和室內,可以進行大面積的信號覆蓋,甚至只要少數基站就可以實現全城覆蓋。WiMax由于其技術的先進性和超遠的傳輸距離,一直被業界看好,是未來移動技術的發展方向,并提供優良的最后一公里網絡接入服務。
(三)WMN技術分析
WMN是正在研究中的技術,在研究中不斷地在不同方面結合各種技術的特點進行融合,而且暫時沒有一個成熟的產品系列來支持該技術的大規模應用。從應用前景看,WMN 這一新興網絡不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應用空間,在其他方面如結合數據、圖像采集模塊可以對目標對象進行監控或數據采集,并廣泛應用到環境檢測、工業、交通等領域。隨著其他技術的不斷更新完善,WMN 更好地與之相融合、互補,從而能夠揚長避短,發揮出各自的優勢。
(四)3G技術分析
3G于1996年提出標準,2000年完成包括上層協議在內的完整標準的制訂工作。3G網絡部署已具備相當的實踐經驗,有一成套建網的理論,包括對網絡的鏈路預算、傳播模型預算以及計算機仿真等。從商用前景看,目前,3G在部分地區已得到大規模的商業應用,比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經建設了3G的網絡。3G技術已經進入可以實用的階段,還有很多國家和地區正在建設或將要建設3G網絡。
(五)LMDS技術分析
本地多點分布業務系統LMDS是一種提供點對多點通信的固定寬帶無線接入技術,其工作頻率在20GHZ以上,利用毫米波傳輸,可在一定的范圍內提供數字雙工語音、數據、因特網和視頻業務,是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優情況下,距離可達8公里;但是由于受降雨的原因,距離通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通過扇區或基站設備將ATM骨干網基帶信息調制為射頻信號發射出去,在其覆蓋區域內的許多用戶端設備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號,在無需為每個用戶專門鋪設光纖或銅纜情況下,實現數據雙向對稱高帶寬無線傳輸。
(六)MMDS技術分析
MMDS的主要缺點是有阻塞問題且信號質量易受天氣變化的影響,可用頻帶亦不夠寬,最多不超過200MHz。其次,MMDS對傳輸路徑要求非常嚴格。由于MMDS采用的調制 技術主要是相移鍵控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度調制QAM調制技術,無法做到非視距傳輸,在目前復雜的城市環境下難以推廣應用。另外,MMDS沒有統一的國際標準,各廠家的設備存在兼容性問題。 (七)集群通信技術分析
數字集群系統具有很多優點,它的頻譜利用率有很大提高,可進一步提高集群系統的用戶容量;它提高了信號抗信道衰落的能力,使無線傳輸質量變好;由于使用了發展成熟的數字加密理論和實用技術,所以對數字系統來說,保密性也有很大改善。
數字集群移動通信系統可提供多業務服務,也就是說除數字語音信號外,還可以傳輸用戶數字、圖像信息等。由于網內傳輸的是統一的數字信號,因此極大地提高了集群網的服務功能。
(八)點對點微波通信技術分析
微波傳輸的優勢主要體現在以下幾個方面:第一,可以降低運營商的運營成本。與租用線路相比,微波系統的投資只要一年左右即可收回。第二,微波傳輸系統部署簡潔快速。與傳統的傳輸手段相比,其快速部署的優勢可以更快地滿足新業務發展的需要。第三,目前的微波產品對未來的發展是有保障的,對于運營商的新業務和新需求都可以給予很好的支撐。未來,微波傳輸系統將升級到全IP的平臺之上,可以全面支持運營商未來的發展。
(九)衛星通信技術分析
利用衛星在有些人口不很密集的地區來配合陸地通信。在這些地區散布著范圍較廣但不密集的用戶,可以利用衛星作為用戶連至固定有線網的接入設施。在陸地通信網已經構成寬帶多媒體通信網的環境下,利用衛星建成寬帶衛星接入系統是比較好而切合實際的方案,經濟又可靠。
但是衛星通信畢竟是采用衛星作為通信平臺,其地面站的建設、通信信道租用費用都需要花費大量資金,而且通信資源為衛星通信公司所有,受其帶寬的限制,使得大量數據的傳輸需要付出非常大的代價。因此,作為日常生產、生活使用是極為不經濟的;而將衛星通信作為應急通信、作戰通信、海外通信等則比較適合。
四、無線技術綜合比較
目前無線通信領域各種技術的互補性日趨鮮明。這主要表現在不同的接入技術具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區域、不同的技術特點、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求,WLAN可解決中距離的較高速數據接入,而UWB可實現近距離的超高速無線接入。
首先,從標準化程度上看,本報告所涉及的技術中,僅僅WMN技術沒有成熟的標準體系,LMDS、MMDS、集群通信均有多種標準,只是沒有統一的國際標準,其余的技術均已經完成標準化工作,并且都進行了試驗網建設和商業網建設。
從頻率上看,Wi-Fi技術、WMN均使用的是開放頻段,WiMax技術、3G技術等其他技術使用的是授權頻段。
從覆蓋范圍上看,Wi-Fi技術、WMN技術屬于局域網無線接入技術,僅覆蓋35m~100m;WiMax技術、3G技術、LMDS技術、MMDS技術、集群通信屬于城域網接入技術,覆蓋范圍在1km~54km不等,而衛星通信、點對點微波則屬于廣域網技術,通常用于通信主干組網建設。
從傳輸速率上看,點對點微波和衛星通信屬于干線傳輸技術,不同的情況速率變化較大,而其余的技術均為接入技術,僅僅是3G技術接入速率最小,僅為384k,而其余技術均為幾十M甚至上百M的速率。
從調制技術上看,其中WiFi技術、WiMax技術、WMN、3G技術均采用最新的調制技術OFDM,其余的技術均未采用OFDM調制技術。
從天線技術上看,僅僅3G和WiMax技術采用了MIMO技術,而其他技術均未采用MIMO技術;從傳輸環境上看,僅僅WiMax技術和3G技術支持非視距傳輸,其余技術均要求視距傳輸環境;從網絡安全和QoS機制上看,WiMax技術和3G技術在這方面做得比較優秀、完善,其余的均存在較大的問題。
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【關鍵詞】 空間衛星 光通信鏈路技術 技術方案
空間衛星光通信鏈路主要包含LEO-LEO、LEO-MEO，LEO-GEO以及GEO-LEO。在空間衛星光通信鏈路中，LEO將獲取到的遙感數據，通過GEO中繼站轉到相應的地面空間站，這是星間通信和星地通信。衛星遙感圖像分辨率的提高對衛星數據的傳輸速度有很高的要求，現有的衛星數據傳輸速率不已能滿足信息通過空間衛星鏈路進行大容量交換的工作。
空間衛星光通信能夠有效突破低軌衛星與定點衛星間高碼率通信，但高頻調制速率和大功率光源技術是目前空間衛星光通信鏈路中的關鍵點和難點，為有效實現空間衛星間的光通信，應當提高光源的發射功率和調制碼速率，并采用靈敏度相對高的接收機。
本文分析探討了空間衛星光通信鏈路的關鍵技術，在現有技術的支持下選擇了可行性方案。
一、空間衛星光通信鏈路關鍵技術
捕捉、對準與跟蹤系統、通信系統以及輔助系統組成了空間衛星光通信的整個終端。由于信號光束發散時角度很小，大約10-20μrad，在建立空間衛星通信鏈路過程中，對準與跟蹤技術是空間衛星光通信鏈路的關鍵技術，對準與跟蹤技術的精準度直接影響光通信系統的通信質量。
空間衛星間通行特點主要表現為距離長、碼速率高以及誤碼率低，空間衛星光通信對光通信光源的功率要求也因此而更高，加上對準與跟蹤精度和系統對體積、質量和功率的限制，信號光的波速太小無法滿足通信需要，同時接收天線的限制和光源功率需求的增加也是空間衛星通信鏈路的關鍵技術。
LEO-GEO的通信距離為45000km，通信碼速率為1Gb/s，通信誤碼率為10-7，考慮到衛星的質量和體積的限制，應當選擇孔徑為250mm的天線來實現衛星間的通信。當發射天線效率、接收天線效率、對準與跟蹤指向偏差、鏈路儲備以及接收機靈敏度分別為-3dB、-7 dB、-2dB、1dB和-40dBm時，根據以上公式可以得出，當發射光束發散角為10μrad時，光源發射功率應當達到5.9W；當發射光束發散角為20μrad時，光源發射功率應達到23μrad。
二、空間衛星光通信鏈路尖技術的解決方案
衛星間光通信的波長通常在800nm、1060nm和1550nm三個波段中選擇，在質量、體積和功耗限制下，衛星間通信的激光光源大多數選擇的半導體激光器是800nm和1060nm波段的。目前，對于1550nm波段，隨著光放大器技術越來越成熟，光功率的放大技術也更為成熟。
由于目前相應的800nm波段的衛星光通信波放大器達不到理想的效果，所以需要用更大功率的激光器進行直接和間接綜合調制。然而，激光器功率的增大，對調制帶寬和深度要求也越來越高，同時也對調制電壓提出了更高要求。800nm波段的激光器在單縱模和單橫模方面比1550nm波段的激光器都要差，不宜采用直接的調制方法。
對此，對于800nm波段的調制最好采用間接調制的方式。從通信系統整體來看，一味的想要提高發射端的功率是不現實的，為更好的實現空間衛星光通信，可以提高接收機的靈敏度，將靈敏度改善3dB，或者將光源發射功率降低3dB。但是設計和制造高靈敏度的接收機有很大的工作難度，受目前技術的限制，提高接收機的靈敏度是一項艱難的但又不得不解決的關鍵技術。
三、空間衛星光通信鏈路技術解決方案的對比
從空間衛星光通信鏈路關鍵技術來看，以下兩種方案可以采用：第一，在1550nm波段，可以直接耦合低功率分布反饋式激光器與光纖功率放大器得到碼速率高的發射光源，在接收端加入前置摻鉺光纖放大器來提高接收機的靈敏度。第二，是針對于800nm波段的，調制時利用大功率的激光器進行，同時同樣用波分復用技術降低單路通信碼速率，這樣可以提高接收機的靈敏度。
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隨著我國經濟的飛速發展。科學技術也發生著翻天覆地的變化，通信技術的發展也依賴著生產力的發展與進步。有線通信和無線通信各自有各自的優點和缺點，又在不同的領域發揮著各自的作用。本文結合當今時代通信技術的發展狀況和有線無線通信技術的優缺點進行了詳細的對比，并且進行了深刻的分析。
【關鍵詞】有線通信 無線通信 對比
我國科學技術的提高方便和豐富著我們的日常生活，通信技術更是與我們的生活息息相關，我們平時使用的通訊工具一般指得是手機，電話和電腦等，它們有的是有線通信的種類，有的是無線通信的典型代表。相對來說，無線技術的發展走在了有線發展的前面，但是無線的發展又是建立在有線通信的基礎上，兩者既有聯系又有差異。在充分了解兩種通信的優缺點后，充分的發展通信技術是當前我國通信業發展的方向。
1 有線通信和無線通信的基本概念
有線通信是一種通信方式，狹義上現代的有線通信是指有線電信，即利用金屬導線、光纖等有形媒質傳送信息的方式。光或電信號可以代表聲音，文字，圖像等。一般的有線通信要借助光纖，現在的有線通信也就指得是光纖通信。只要用于電腦等的網絡傳播，富有一定的安全性，廣泛的用于國家軍事項目。無線通信主要包括微波通信和衛星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛星通信是利用通信衛星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯系。無線通信在利用無線電波來進行信息的傳遞，在信號傳遞過程方便快捷。
2 有線通信與無線通信的發展現狀
2.1 有線通信發展的現狀
現階段的有線通信的發展到了持續發展的狀態，從19世紀30年代有線通信開始發展以來，有線通信經歷了電磁式電報機、電話、載波電話、脈碼調制等階段的發展?，F階段的有線技術，中繼站的距離達到了150km，目前，長途光纜，ATM機等已經形成了有線發展的骨干，在有線技術的發展中發揮著至關重要的作用?，F在隨著國民生活水平的提高，越來越多的人注重生活的質量，正是由于有線技術不同于無線技術的高輻射的危害，人們也越來越看中有線技術的對人體健康的無害的優點。在將來的發展中，有線通信的發展將更加注重發展其運用的廣泛性，將更加注重擴展地域方向的開發和利用。
2.2 無線通信發展的現狀
從有線通信技術的發明的那一階段開始，無線通信技術就隨著有線通信的發展而發展開來。人們的生活地域越來越不受限制，正是由于無線通信的方便和不受地區限制的優點，無線通信技術在我國得到了飛速的發展。無線通信技術廣泛地運用在不同的領域，最顯著地就是促進了我國手機行業的發展。同時，無線通信又在現代農業的發展中發揮著重要的作用，現代農業運用無線電技術。在未來的發展中，會不斷的注重于無線網絡泛在化、寬帶無線接入、網絡融合性增強、網絡安全性進一步增強這些方面。
3 有線通信技術與無線通信技術的對比
3.1 有線通信技術與無線通信技術的差別
有線通信技術和無線通信技術有著本質上的區別，就其通信的手段而言，無線借助的無線電波等來進行信號的傳遞，而有線通信則是利用光纖等有線通道來進行信號的傳輸。正是因為無線通信借助的是無線電等電波手段，所以無線通信往往自身會衰落，在傳輸信號的過程中，信號會有部分的損失，這就會對人們的生產和生活產生不利的影響。而有線通信則具有一定的安全性，保密性能也是比無線通信號很多，所以有線通信一般都是運用在國防等和國家安全息息相關的地方。而無線通信則是用于手機通信和現代農業系統，相比較而言，雖然有線通信和國家安全相關，但是無線通信的運用范圍更加的廣泛，所以無線通信技術的發展更為強勁，在未來的發展中更會發揮著更為重要的作用。
3.2 有線通信與無線通信的優劣
在日常的生產和生活中，有線通信和無線通信都發揮著重要的作用，只有兩種通信技術共同發展才能夠促進科學技術的進步，更為的方便人們的生活。但是，兩者的發展確實存在著一定的優劣性。有線通信技術依賴于有線的通道來傳遞信號，進行著信息的傳輸，在一些偏遠的地區就不適合發展有線通信，同時在鋪設通道時又會浪費大量的人力和物力。同時有線通信的速度較慢，在傳輸過程中受到通道的限制容易出現傳輸過程中通道發生故障等問題。但是，有線通信的安全性特別的高，在傳輸是會對傳輸的內容進行備份，在受到不法分子的侵害時可以對信號有所保存，從而可以保證信號的正常傳遞。無線通信的傳遞不受到地域的限制，在我國的西部地區得到了廣泛的利用，無線電運用發射塔，方便了人們的生活額生產，拓寬了人們的工作地域。但是無線電的傳播又有很多的缺點，電磁環境影響較大，很容易受到一些自然和人為的干擾，安全性問題不能進行保障，傳輸的信號也是相當的不穩定，會對生活產生很大的干擾。同時，無線電磁的輻射很大，長期的使用過程會對人體產生很大的危害。電磁污染已被公認為排在大氣污染、水質污染、噪音污染之后的第四大公害。聯合國人類環境大會將電磁輻射列入必須控制的主要污染物之一。電磁輻射是造成兒童白血病的原因之一，并能誘發人體癌細胞增殖，影響人的生殖系統，導致兒童智力殘缺，影響人的心血管系統，且對人們的視覺系統有不良影響。
4 結論
有線通信和無線通信對我國的經濟和社會發展有著重要的作用，都從不同的方面促進者我國經濟和社會的進步和發展。雖然有線通信和無線通信都存在著不同的優點和缺點，但是這兩種通信技術將不斷的融合發展，共同存在和進步。只有同時融合利用這兩種不同的通信技術，將兩種通信技術的優缺點不斷的融合，才能夠發揮這兩種技術的互補作用，發展各自的優勢，從而更好的促進社會科學的進步。
參考文獻
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關鍵詞：無線通信；地鐵列車；監控系統
中圖分類號：U231 文獻標識碼： A
引言
地鐵已經成為人們生活的重要組成部分。隨著地鐵事業的不斷發展，客運量不斷增加，地鐵安全問題受到了社會各界越來越廣泛的關注，保障地鐵安全運行，需要一套穩定、可靠、高效的監控系統支持。地下空間相對較窄，列車運行線路卻很長，沿途站點又多，需要地鐵列車與地面指揮中心進行很好的配合。因此，相互通信顯得尤為重要。無線通信技術的快速發展，為地鐵列車高質量、高速率的安全運行提供了良好的契機。
1、無線通信技術定義
無線通信主要包括微波通信和衛星通信。微波是一種無線電波，它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬，通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個微波中繼站。衛星通信是利用通信衛星作為中繼站在地面上兩個或多個地球站之間或移動體之間建立微波通信聯系。
2、無線通信技術原理
任何導體中電流強弱的變化都會產生電磁波。利用這一物理現象，通過調制可將信息加載于電磁波之上。當電磁波通過空間傳播到達收信端，電磁波引起的電磁場變化又會在導體中產生變化的電流，通過解調將信息從電流變化中提取出來，就達到了信息傳遞的目的。
3、無線通信技術的優點與缺點
無線通信技術有著有線通信技術無法比擬的優點，但基于現階段的技術，無線通信技術也有無法超越有線通信技術的缺點。下面我們通過比較。
優點一：使用無線通信方式組網，通訊系統建設周期短，安裝調試簡單、快捷，同時減少投資。有線通信方式的建立必須通過架設通信電纜或光纜，而信號纜的架設一般通過挖掘電纜溝或建設通信桿的方式。這種方式需要花費大量的人力和物力、建設時間長，一旦遇到特殊的應用環境，如山地、湖泊、林區等特殊地理環境或是移動物體等，布線相當困難。有線網絡的架構有很強的制約性。而無線通信方式只需在每個終端連接無線傳輸裝置和建設適當高度的天線即可。
優點二：無線通信方式擴展性好。如無線網絡已組網完畢，一旦需要增加新的用戶而擴大網絡，只需增加相應新的無線通信設備。而有線網絡首先需要重新布線，其次增加通信設備和接口，不但施工周期長，而且大大增加投資。并且無線通信方式可方便增加動態使用者，這是有線組網無法企及的。來說明兩者的優缺點。
缺點一：無線通信方式安全性較差，容易受到黑客攻擊。這一點是無線通信方式最大的不足。任何事物都有兩面性，無線通信方式就是因為有上述優點，就不可避免的容易被不法分子利用。例如，我們家庭利用無線網絡交換機組建的局域網，經常被鄰居“贈網”，即使通過設置密碼，現也有相應途徑破解。
缺點二：無線通信方式帶寬較低，通信速率短期無法超越有線通信。以3G無線通信網絡為例，3G無線通訊理論速率為：下行速度峰值理論可達3.6Mbit/s，上行速度峰值也可達384kbit/s。而光纖理論通訊速率為16Gbit/s以上，兩者相差甚遠。
3、無線通信技術在地鐵列車監控系統中的應用
3.1、地鐵列車監控系統中的無線網絡技術要求
在地鐵監控系統中，最明顯的客觀條件就是系統本身常常會受到很大的限制，因此，無線通信技術的應用非常重要。要想使列車監控系統的核心保持正常運行，就要運用高速穩定的無線通信技術。地鐵列車監控系統的要求有以下幾個方面：高數據傳輸速率、支持運動狀態、無線網絡覆蓋領域廣泛、需要利用漫游來進行切換、安全穩定性高等。
3.2、無線通信技術在地鐵列車監控系統應用中的結構
地鐵列車監控系統的無線通信模型如圖1所示
圖1地鐵列車監控系統結構
移動節點STA安裝在車上，列車速度可以達到120公里/小時，并且能夠沿著多個鋪設的AP向STA提供視頻和音頻數據服務，用于監控列車的運行狀態、控制速度等。在列車提速的過程中，需要多個AP進行快速的切換，由于切換過程中很容易產生丟包、延遲現象，都會對無線網絡的質量產生很嚴重的影響，甚至導致整個網絡溝通障礙，引起交通事故。因此，AP和STA之間信息的成功交換是無線通信技術在地鐵中應用的重要目標。
3.3、攝像頭模塊本系統
用于現場圖像采集的PTC08攝像頭是一款集視頻捕捉、圖像采集、拍攝控制、JPEG圖像壓縮、串口傳輸于一體的圖像采集處理模塊，其內置的高性能數字信號處理芯片實現了對原始圖像的高比例壓縮。攝像頭拍攝的圖片采用標準JPEG格式輸出，數據通過標準RS232串口與單片機相連，此外自帶的簡單圖像傳輸協議使得攝像頭可以方便地實現與電腦以及各種嵌入式系統的連接，并可以直接匹配標準PC機的串口電平。該串口攝像頭具有上電休眠功能，即上電時只有通信接口和圖片存儲器部分工作，耗電較多的圖像處理部分處于休眠狀態。向攝像頭發出拍照命令前應喚醒然后再發送拍照命令，圖像處理部分開始正常工作。正常工作后，除非接收到休眠命令，否則攝像頭不會自動進入休眠狀態。在異步串行接口中，一個字節數據由1個起始位，8個數據位和1個停止位組成。起始位始終為0，數據位低位先發，停止位始終為1，最后發送。單字節0X4B數據發送時序圖如圖2所示。
圖2RS232字節數據傳輸時序圖
3.4、GPRS通信模塊
GPRS是通用分組無線業務的簡稱，具有通信速度快、永遠在線、收費合理等優點，使得GPRS通信模塊在遠程無線通信控制中得到廣泛應用。本系統通過單片機控制GPRS通信模塊進行數據傳輸，一方面要求所用的GPRS通信模塊能夠連接到GPRS網絡，另一方面要求在GPRS通信模塊支持實現TCP/IP傳輸協議，以實現在Internet網絡的數據傳輸。本系統的GPRS通信模塊選用SIMCOM公司的SIM300S，尺寸小、功耗低、性能突出。該模塊內置TCP/IP傳輸協議，省去了外部繁瑣的編程，同時它集成了標準的RS232接口以及SIM卡，采用AT指令集通過串口對它進行初始化設置。
3.5、監控中心
監控中心主要由行車調度中心、車廠調度中心、視頻監控中心以及車站控制室共同組成。監控中心通過無線傳輸網絡接收列車傳輸過來的實時位置信息、車廂內的視頻圖像等，了解列車的運行情況。列車也可以按照監控中心發送過來的信號在監控中心的遠程控制下運行。
3.6、紅外探測模塊
為了滿足在出現非法入侵時自動對監控現場進行拍照的需求，本系統采用了HR？SR501紅外人體感應探測器。感模塊工作電壓范圍可在4.5～20V，靜態工作電流小于50μA，可通過跳線方式設置探測模塊工作在可重復觸發方式或不可重復觸發方式。當有人非法進入紅外模塊感應范圍時，紅外感應模塊輸出高電平，用以啟動圖像采集模塊進行拍照，并將所拍圖片通過GPRS通信模塊發往指定號碼的手機，實現遠程監控系統自動對現場的實時監控。
4、結語
隨著地鐵事業快速發展的要求，無線通信技術已經成為地鐵監控系統建設中一個重要的、關鍵的技術手段。無線通信技術克服了傳統有線網絡受制于列車快速運行，距離跨度大等客觀條件的缺陷，使地鐵列車監控系統更為方便、實時和高效。但與此同時，無線通信技術相比傳統有線網絡仍然存在著傳輸有延遲、穩定性不足等缺點，在今后的工作中，如何有效提高無線通信技術應用的穩定性和可靠性，將成為研究的重點方向。
參考文獻
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關鍵詞：集裝箱；碼頭；通信
中圖分類號：TN91文獻標識碼： A
現代集裝箱港口競爭激烈，為了給各大船舶公司提供更好的服務，節約碼頭成本，提高競爭力，港口生產效率成為關鍵所在。而現代通信系統為港口提高生產效率提供了有力支持。
1.有線電話
有線電話系統設計視使用要求和外部依托條件可采用程控電話交換機、虛擬電話交換機、數字IP電話幾種形式。
在用戶量較多且集中，集團內部通話頻繁，前期投入資金較為充裕的情況下，建議在港口設置程控電話交換機，該系統可實現多人共用一條外線、內部通話免費、可相互轉接、外線呼出權限設置等功能。
虛擬交換機類似傳統電話交換機，但不需要購置硬件設備，也不需要占用空間，而是通過營運商（如電信公司）內部交換機劃分一個基本用戶群來實現用戶專業交換機的各種功能。虛擬電話交換機不僅適用于人員集中的港口，還適用于用戶分散在不同地點的情況，組網靈活，具有傳統交換機的服務功能。因此在當地營運商支持情況下，首推該系統形式。
IP電話是一種通過互聯網或其他使用IP技術的網絡，來實現新型的電話通訊，具有低通話成本、低建設成本、易擴充性等主要優點，但同時也具有傳輸時延無法確定、通話質量不能保證、受帶寬限制等缺點。目前IP電話在國內由于多方面原因并沒有規模發展，但在國際上應用廣泛，國外項目設計中經常會涉及。
2.無線調度通信
無線調度通信主要指無線語音通信，有多個工作頻段系統可供選擇，并有模擬和數字兩類系統。
傳統的港口無線調度通信最初由若干部普通對講機就可以組成一個無線電調度網，這種網在一些小型港區仍被大量采用，但網的功能過于簡單，頻率利用率低。典型的無線調度系統是單局單站制、雙頻雙工工作方式，并且具有選擇性呼叫功能的無線調度網，根據業務規模和組織方式，可確定其為單級調度或多級調度。
隨著港口的發展，傳統無線調度網因其功能單一、頻段利用率低已不能適應現代港口調度通信要求，無線集群通信逐步替代傳統無線調度網，越來越多的應用到現代港口中。無線集群通信包括模擬集群通信系統和數字集群通信系統。
模擬集群通信系統是指在無線接口采用模擬調制方式進行通信的集群通信系統。數字集群通信系統是指在無線接口采用數字調制方式進行通信的集群通信系統。模擬集群移動通信網的主要問題是頻率低，不能提供高速率數據服務，保密性差等等。而數字通信在上述方面表現出了其優越性：首先數字系統采用多種技術來提高頻譜利用率，這樣在信道間隔不變的情況下就可增加話路；其次采用擴頻、跳頻、交織編碼及各種數字信號處理技術減少信道衰落，從而提高傳輸質量，因此數字集群移動通信網比模擬集群移動通信網的話音質量要好；再者數字系統利用目前已經發展成熟的數字加密理論和實用技術，解決了模擬系統保密成本高的問題；另外數字集群移動通信系統可提供多業務服務。也就是說除數字語音信號外，還可以傳輸用戶數字、圖像信息等。由此可見數字系統相比較模擬系統而言有著較為明顯的技術優勢。
上述幾種無線調度方式需根據項目情況不同做出相應選擇，如小型碼頭、簡易型碼頭，無線調度通信要求不高，考慮到建設投資，采用傳統無線調度網即可；大型、現代化集裝箱碼頭通信量大、要求高，且系統擴容可能性較大，宜采用集群通信系統。
3.船岸無線通信
船岸通信包括遠距離通信和近距離通信，均需遵循全球海上遇險和安全系統（GMDSS）的規定，船岸遠距離通信包括衛星通信系統和無線電通信系統。
初期海上遇險與安全通信以中、高頻通信為主，目前我國公眾船岸遠距離通信已發展完善，其中北京海事衛星地面站，覆蓋太平洋和印度洋兩個洋區，為該兩個洋區的海上用戶提供移動衛星通信業務，業務包括電話、電傳、傳真、數據通信、遇險專線等；上海海岸電臺在全球海上遇險和安全系統（GMDSS）中，作為我國政府指定的唯一全頻段國際GMDSS數選（DSC）值班臺，代表中國承擔西北太平洋第七搜救區海上DSC值班任務；廣州、天津建立了HF DSC國內值班臺；大連、秦皇島、海口等建立了15個MF和VHF DSC值班臺及相應的NVDP和單邊帶無線電話電路，個海岸電臺根據功能分別配置了相應的收發信機、DSC、NBDP和SSB終端設備。
因此船岸遠距離通信完全可以依托公眾設施，對于碼頭建設只需考慮船岸近距離無線通信設備的建設，一般采用甚高頻無線電話系統。該系統工作在海上移動業務頻段即156～174MHz，要求系統覆蓋到A1海區，工作距離25海里，系統至少設置2個信道，其中包括一個呼叫信道和一個工作信道，安全信道為CH16，專用信道由建設單位向當地無線電管理部門申請。
該系統設備較為簡單，一般采用船用甚高頻電臺，系統設計中最主要考慮天線的架設，包括架設位置、天線之間距離、架設高度、與收發信機的距離。
對于新建集裝箱港口，建議天線架設在碼頭控制室所在建筑物屋面，天線的架設可采用垂直分隔安裝和水平分隔安裝，天線間所需最小距離通過以下公式計算：
垂直安裝
I=39.557lgH+22.263
式中I――隔離度(dB);
H――上面天線的底部與下面天線的頂部間所需的最小距離(m)。
式中的隔離度I可由以下公式計算：
I=137+10lgPT+20lgS/1μV-ln
式中PT――干擾發射機的輻射功率(W);
S――受干擾接收機的靈敏度(μV);
ln――受干擾接收機的某項抗干擾指標(dB)。
水平安裝
I=20lgd+12.956
式中I――隔離度(dB);
d――兩天線間所需最小距離(m)。
4.工業電視監控系統
為適應港口生產部門的遠程調度，安保部門的安防，海關、邊檢等部門的監管要求，工業電視監控系統在港口中應用十分廣泛。早期的工業電視監控系統采用模擬系統，近年來數字網絡監控系統以其獨特的優勢逐步取代了傳統的模擬系統。
模擬工業電視監控系統典型系統組成包括：視頻矩陣、畫面分割器、視頻分配器、刻錄設備、控制鍵盤、顯示單元、前端攝像機、傳輸電纜等。模擬系統發展應用多年有著成熟的系統架構和穩定的系統性能，由于產品十分成熟系統建設投資較少。
數字網絡監控系統是完全基于數字視頻技術和網絡傳輸的視頻監控系統，該系統綜合運用了多媒體視頻技術、計算機網絡技術、工業控制技術，實現了視頻的數字化、系統的網絡化、應用的多媒體化以及管理的智能化。系統將傳統的視頻及控制信號數字化，以IP包的形式在網絡上傳輸，實現了集中監控、集中管理。數字視頻監控系統通過以太網傳輸技術與視頻編解碼技術實現視頻矩陣、數字視頻信號記錄、數字視頻傳輸等功能，可通過鍵盤完成各種功能如視頻切換、云臺控制、錄像調看等控制。系統由前端攝像、后臺控制和中間傳輸三部分組成，典型的系統架構如下圖：
集裝箱碼頭安防要求以及海關、邊防等部門監管要求非常高，智能視頻防入侵系統取代紅外、光纖防入侵系統，成為集裝箱尤其是外貿箱碼頭安保監控系統的重要組成部分。智能防入侵監控系統通過對視頻信號的計算分析可實現自動入侵/越界檢測、重點區域保護、徘徊檢測、打架檢測、物品遺留/遺失檢測、遠距離小目標檢測、工作服（安全帽）檢測、車牌識別、煙火檢測、視頻信號異常檢測等等多種功能。
港區監控點的布設應考慮各部門的需求，根據以往工程經驗，港區生產調度部門主要監控范圍為：碼頭前沿裝卸區、集裝箱堆場車道、主要道路、港區出入口；港區安保部門主要監控范圍為：碼頭前沿裝卸區、場地四周；監管部門主要監控范圍為：碼頭前沿裝卸區、主要道路、港區出入口、場地四周以及各部門監管區。由上可見碼頭前沿裝卸區為各部門監控重點，一般需要各部門單獨設置攝像機，其余監控點可根據需要采用共用或單獨設置的方式。
結語：
1)自動電話系統建議采用虛擬交換機或程控交換機系統；
2)無線調度系統建議采用數字集群系統，工作頻段根據當地無線電頻段資源選?。?/p>
篇9
【關鍵詞】4G移動通信；OFDM；優點；缺點
1.4G的概念
4G是第四代移動通信及其技術的簡稱，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質量視頻圖像以及圖像傳輸質量與高清晰度電視不相上下的技術產品。比較3G來分析，4G通信技術更完善設備的裝置，以及給人們帶來了更多的方便與價值。第四代移動通信與第三代移動通信相比，將在技術和應用上有質的飛躍。4G將適合所有的移動通信用戶，最終實現商業無線網絡、局域網、藍牙、廣播、電視衛星通信的無縫銜接并相互兼容。4G移動通信的應用廣泛，例如應用到小區、交通、互聯網等上面。
2.采用的主要技術
2.1 OFDM簡介
OFDM的英文全稱為Orthogonal Frequency-Division Multiplexing，中文含義為正交頻分復用。這種技術是HPA聯盟（HomePlug Powerline Alliance）工業規范的基礎，它采用一種不連續的多音調技術，將被稱為載波的不同頻率中的大量信號合并成單一的信號，從而完成信號傳送。由于這種技術具有在雜波干擾下傳送信號的能力，因此常常會被利用在容易受外界干擾或者抵抗外界干擾能力較差的傳輸介質中。
2.2 時域和頻域同步
一種在采用OFDM調制的傳輸系統中使多個設備在時域和頻域上同步的方法，其可應用于與同一電網相連的不同設備之間經由該電網進行的雙向通信，以便在接收中估計OFDM符號的起始以及所述設備中本地振蕩器的頻率誤差，包括生成通過所述電網傳輸的同步序列和通過用于發送數據的同一信道發送這些同步序列，其中所述信道由一個設備與其余所有設備之間的連接確定，其特征在于它包括：將含有所述數據和同步序列的接收信號分解為不同頻帶或頻率范圍；通過在時間上應用同步算法以在每個頻帶中基于所述算法估計所述OFDM符號的起始和所述本地振蕩器的頻率誤差，從而在接收中檢測每個頻率范圍或頻帶中的同步序列；將每個頻帶中獲得的估計值進行組合。
2.3 信道估計
所謂信道估計，就是描述物理信道對輸入信號的影響而進行定性研究的過程，換句話說，信道估計就是估計發送天線到接收天線之間的無線信道的頻率響應。
無線通信系統受周圍環境的影響較大，建筑物，河流，山脈，森林等對電磁波的吸收較強，加之反射與衍射、多徑衰落對信號的影響，到達接收端的信號，幅值和相位可能發生畸變，難以進行識別。為了提高通信的抗干擾性能，必須對發射機和接收機之間的無線信道進行估計，以滿足信號的無失真傳輸。對于現代通信系統，信道在時域存在時間選擇性衰落特性，在頻域存在頻率選擇性衰落特性，而系統又必須適應突發性數據業務，因此，信道估計仍是目前學術界較難攻克的難題之一。一般地，信道估計算法要使誤碼率最低，均方誤差最小，且算法復雜度不要太高，因此，信道估計器結構的選擇至關重要。信道估計：在正交頻分復用系統中，信道估計器的設計主要考慮以下兩方面的因素：一是算法簡單、硬件實現容易且估計性能優良的估計器的設計；二是導頻圖案的選擇，無線信道一般是多徑衰落信道，為提高通信可靠性，需要不斷地發送導頻信息來跟蹤無線信道。在具體設計時，必須同時考慮以上兩個問題，因為估計器性能優良與否與導頻圖案的排列方式息息相關。
常用的信道估計算法分類如下：（1）基于導頻信息的信道估計；（2）盲信道估計；（3）半盲信道估計。工程中使用較多的是導頻符號輔助調制（Pilot Symbol Assisted Modulation，PSAM）信道估計方法，其所用的數學模型合理，理論成熟，算法復雜度較低，估計性能優良。在正交頻分復用系統中，一般情況下都采用此類信道估計算法。
2.4 編碼信道和交織
為了提高數字通信系統性能，信道編碼和交織是普遍采用的方法。對于衰落信道中的隨機錯誤，可以采用信道編碼；對于衰落信道中的突發錯誤，可以采用交織技術。實際應用中，通常同時采用信道編碼和交織，進一步改善整個系統的性能。DFT算法由于時域能量集中在少數抽樣點上，減少了頻譜泄露，因而信道估計性能較好；而改進DFT算法，由于漢寧窗的加入和線性變換，使得帶外噪聲迅速衰減，在低SNR下估計性能較DFT算法有所提高。編碼可以采用各種碼，如：分組碼、卷積碼等，其中卷積碼的效果要比分組碼好。
2.5 降低峰值平均功率比
LMMSE信道估計是最優的低階估計器，它的核心思想在于對LS估計進行奇異值分解，在不降低估計器性能的條件下降低算法復雜度，并抑制AWGN和ICI，但是它也有缺點，就是需要知道每條子路徑功率的先驗信息，并利用此信息來構造自相關矩陣。由于OFDM信道時域上表現為N個正交子載波信號的疊加，當這N個信號恰好均以峰值疊加時，OFDM信號也將產生最大峰值，該峰值功率是平均功率的N倍。
2.6 均衡
在新興通信技術的不斷推動之下，3G即將成為通信技術的主流。在通信技術的加強條件下，主要介紹了第4代移動通信（4G）的含義、特點、國內外發展狀況及發展趨勢，指出4G移動通信中的關鍵技術及其目前存在的問題。這是，可以考慮加均衡器以使CP的長度適當減小，即通過增加系統的復雜性換取頻帶利用率的提高。
2.7 OFDM優點
OFDM技術之所以越來越受關注，是因為OFDM有很多獨特的優點：
（1）頻譜利用率高，頻譜效率比串行系統高近一倍。OFDM信號的相鄰子載波相互重疊，其頻譜利用率可以接近Nyquist極限。
（2）抗衰落能力強。OFDM把用戶信息通過多個子載波傳輸，這樣在每個子載波上的信號時間就相應地比同速率的單載波系統上的信號時間長很多倍，從而使OFDM對脈沖噪聲和信道快衰落的抵抗力更強。
（3）適合高速數據傳輸。
（4）抗碼間干擾（ISI）能力強。
3.4G系統的應用特點
任何一項技術都不是完美無瑕的，正交頻分復用技術也是如此，存在著如下優缺點。
OFDM技術的優點主要有：
（1）由于DSP技術的飛速發展，OFDM系統中各子信道的正交調制和解調可通過快速傅里葉變換（FFT）和逆變換（IFFT）來實現，從而大大降低了算法復雜度，且信息的實時處理更快更可靠。
（2）現代數據通信業務一般存在非對稱性，OFDM系統可通過調制不同的子載波來獲得相應的信息傳輸速率，從而滿足現代通信的需求。
（3）通過編碼技術可以解決系統的隨機錯誤，交織技術可解決突發錯誤，OFDM系統通過編碼與交織，能很好地提高系統的誤碼性能。
OFDM技術的缺點主要有：
（1）存在一定概率的PAPR。高峰均比信號通過功率放大器時，為防止信號畸變，功放必須具有較大的線性范圍，這將降低功率放大器的工作效率。
（2）對頻率偏移敏感。OFDM系統要求各信道之間嚴格正交，系統的定時同步精度非常高，對于快衰落環境引起的頻偏，高精度定時同步算法發雜，且較難實現。
OFDM之所以是優秀的多載波調制方案，其原因不只是以上諸多優點，還與如下關鍵技術有關。
a.時域與頻域同步技術：前文提到，OFDM系統對定時同步有很高的精度要求，且易受頻偏影響；b.信道估計；c.信道編碼與交織：信道編碼與交織技術能夠有效降低數字通信系統的誤碼率，提高通信的抗干擾能力；d.降低峰值平均功率比（PAPR）：在時域中，正交頻分復用信號是N路子載波信號的疊加。
通過以上的介紹可以得出，OFDM系統在高速傳輸系統中具有無可比擬的優越性。也正因為信號的高速傳輸，要使接收端信號的誤碼率降低，必須對信道的傳輸特性進行估計。因此，設計好的信道估計器是OFDM系統必不可少的環節。
參考文獻
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篇10
【關鍵詞】語音壓縮編碼；G.711；VoIP；PCM；
1 引言
語音是人類相互進行交流使用最多、最自然、最基本也是最重要的信息載體。語音的產生是一個復雜的過程，包括心理和生理等方面的一系列動作。由于其特殊的作用，人們歷來十分重視對語音信號和語音通信的研究[1][2]。隨著當今世界數字技術的飛速發展，數字業務量的急劇增長，如何在提供高質量語音的基礎上用最低的碼率來傳送和儲存數字語音信號，以增加現有信道的帶寬利用率[3][4]、安全性以及降低成本等已越來越受到人們的重視。在高度信息化的今天，語音處理的一系列技術及應用已經成為信息社會不可或缺的重要組成部分。本文將重點討論語音壓縮編碼算法[5]中最常見的一種算法，即G.711在網絡傳輸上的一些性能和優缺點。
2 G.711理論簡介
G.711是在電路交換電話網絡中普遍使用的一種波形編碼算法[6][7][8][9]。波形編碼方式是能夠忠實地表現波形的編碼方式。語音信號的波形編碼力圖使重建的語音波形保持原語音信號的波形狀態。這類編碼器通常是將語音信號作為一般的波形信號來處理，所以它具有適應能力強、話音質量好、抗噪抗誤碼能力強等特點，但是波形編碼所需的編碼速率比較高，其速率一般在16kbit/s～64kbit/s[10][11]。G.711也稱為PCM（脈沖編碼調制）[12][13]，是國際電信聯盟制訂出來的一套語音壓縮標準，主要用于電話業務。它主要用脈沖編碼調制對音頻采樣，以8KHZ作為抽樣頻率，如果使用統一量化方法，話音中通用的信號層次的每一個樣本就要12比特來表示，這就產生了96kb/s的比特率。如果使用不統一的量化方式，表示一個樣本只需要8比特。它利用一個64kbps未壓縮通道傳輸語音信號。G.711有U律和A律兩個類型，U律主要運用于北美和日本，A律主要運用于歐洲和世界其他地區，兩者之間的區別主要在于不統一量化的使用方式。對于較低的信號層次來講，A律對于信號的歪曲程度相比U律更小一些，這是因為它對一個較大的范圍內的低層次信號提供較小的量化間隔，但以較大范圍內的高層次信號的較大量化層次為代價。A律和U律都提供了良好的語音質量，并且Mos等級都在4.3左右。
3 G.711編碼對單頻信號傳輸損傷分析
VoIP編碼會給單頻信號帶來損傷，但不同編碼方式，對單頻信號的傳輸損傷大小不同。G.711是波形編碼，直接將輸入的模擬信號抽樣編碼，然后將量化后的樣值傳送到終端，在終端原始信號被重組到與原信號大致接近的程度。對于單頻信號，波形編碼損傷較小，混合編碼損傷較大；下面通過實驗，從頻率偏移和功率衰減兩個角度，分析G.711編碼對單頻信號傳輸損傷。
A、實驗步驟：（1）采用Matlab2010a實驗仿真平臺，利用WAVWRITE函數生成采樣頻率8000HZ，時長500ms，頻率分別為300Hz，305Hz，310Hz，…，3400Hz的單頻信號波形文件。（2）不同頻率的單頻信號分別經過G.711編碼，對編碼前后的單頻信號進行分析，分別計算每個單頻信號在編碼前后的頻偏和功率，最后畫出頻偏―頻率曲線和功率―頻率曲線。（3）在（1）中的波形文件中加入高斯白噪聲，使信噪比為10dB，重復（2）過程。
B、G.711實驗結果：
（1）無噪聲情況
（2）有噪聲情況
C、實驗結果分析：
（1）從頻偏的角度分析：在有噪聲和無噪聲情況下，單頻信號在G.711編解碼前后，頻偏均在0.5%以下，且隨著頻率的升高呈現單調遞減的趨勢。（2）從功率的角度分析：在有噪聲和無噪聲情況下，G.711解碼后的單頻信號功率與編碼前進行比較，沒有明顯的衰減。只是有噪聲情況下的功率相對于無噪聲情況下的功率，有一定的衰減。
D、總結
從頻偏和功率兩個角度考慮，在G.711編碼方式下，單頻信號的頻偏和功率衰減較小，損傷較小。
4 G.711編碼對DTMF信號傳輸損傷分析
DTMF信號在VOIP通信通道傳輸過程中，采用VOIP壓縮編碼以降低數碼率，但不可避免的引入編碼損傷。下面主要在有高斯白噪聲和無噪聲情況下，從頻偏和功率兩個方面來分析G.711壓縮編碼對DTMF信號的損傷。
A、實驗步驟：（1）采用Matlab2010a實驗仿真平臺，利用WAVWRITE函數分別生成16個數碼的DTMF信號波形文件，總時長100ms，包括50ms的DTMF時段以及50ms的靜音時段。計算低頻和高頻的頻偏，以及低頻/高頻功率比；畫出時域和頻域圖。（2）將16個數碼的DTMF信號分別經過G.711編碼，對編碼后的DTMF信號進行分析；計算每個數碼低頻和高頻的頻偏，以及低頻/高頻功率比；畫出時域和頻域圖。（3）在（1）中生成DTMF信號的過程中，加入高斯白噪聲信號，使得信噪比為10dB，重復（2）。
B、G.711實驗結果：
（1）無噪聲情況：經過G.711編碼后，從時域和功率譜上看，DTMF信號沒有明顯的失真；且頻偏和低頻/高頻功率比相對于編碼前來說，也沒有出現較大的偏差。G.711編解碼前后，頻偏均在±0.5%范圍內，低頻/高頻功率比均在±0.5dB范圍內。下面列出兩幅具有代表性的數碼時頻域圖：
上圖是數碼’8’的時頻域圖，G.711編解碼前后，數碼’8’的頻偏和功率比均比較小。
（2）有噪聲情況：引入高斯白噪聲，DTMF信號在G.711編解碼之后，仍沒有明顯的失真。頻偏均在±0.6%范圍內，低頻/高頻功率比均在±1.25dB范圍內。下面列出兩幅具有代
C、G.711實驗結果分析：（1）G.711編解碼前后，DTMF信號的時頻域均沒有出現明顯的失真。（2）G.711編解碼前后，除數碼’8’外，其余數碼的低頻頻偏均大于高頻頻偏；所有數碼的頻偏和低頻/高頻功率比均在信號檢測要求范圍內，不影響DTMF信號的檢測。（3）加入高斯白噪聲信號，DTMF信號也沒有明顯的失真，頻偏和低頻/高頻功率比也沒有較大的改變。
D、總結：無噪聲情況下，DTMF信號在G.711編碼后，沒有明顯的失真，頻偏和低頻/高頻功率比也較小；加入高斯白噪聲情況下，在G.711編碼后，DTMF仍不會有明顯的失真；綜上所述，G.711編碼對DTMF信號的損傷較小。
5.小結
G.711由于采用的是波形編碼算法，具有高質量和低時延的語音，主要的缺點是需要64Kb/s的帶寬。但是其算法復雜度小，壓縮比?。–D音質>400kbps），編解碼延時最短（相對于其他技術），自然度較好。
參考文獻：
[1]曹志剛，錢亞生. 現代通信原理[M].北京：清華大學出版社，1992.
[2]朱光華. 移動通信技術[M].杭州：浙江科學技術出版社，1991.
