無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的思考與探討

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1、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的思考與探討 無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的思考與探討 摘要：本文先對當(dāng)前的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的開展進(jìn)行了肯定，無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用開展進(jìn)入了黃金時期。然后對無線技術(shù)開展過程中面臨的兩大挑戰(zhàn)進(jìn)行了分析，主要是信號衰落與信號干擾，最后對無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)開展如何迎接挑戰(zhàn)提出了四項措施。 關(guān)鍵詞：無線數(shù)據(jù)傳輸；信號衰落；信號干擾 中圖分類號：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 (2021) 08-0000-02 一、引言 無線數(shù)據(jù)傳輸是當(dāng)今通信領(lǐng)域中最為活潑的研究熱點(diǎn)之一。雖然從20世紀(jì)60年代起無線通信已經(jīng)

2、成為研究的主題，但最近十余年才是這一領(lǐng)域研究蓬勃開展的時期。這主要是受到幾個因素的綜合影響。首先是對無線連通性需求的迅猛增長，目前主要受到蜂窩 的推動，但是很快會轉(zhuǎn)而受到無線數(shù)據(jù)應(yīng)用的推動。其次，VLSI技術(shù)的突飛猛進(jìn)使得復(fù)雜信號處理算法和編碼技術(shù)的小面積、低功耗實(shí)現(xiàn)成為現(xiàn)實(shí)。再次，第二代(2G)數(shù)字無線標(biāo)準(zhǔn)的出臺，特別是IS-95碼分多址接入標(biāo)準(zhǔn)，為我們提供了源予通信理論的好想法在實(shí)際中具有重大影響的具體說明【1】。目前無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要有GSM、GPRS、3G、WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA，Bluetooth、Wi-Fi、Zigbee等。 今年來，無線數(shù)據(jù)傳輸

3、技術(shù)進(jìn)入了開展的黃金時期，全世界范圍內(nèi)的各行各業(yè)都開始運(yùn)用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)開發(fā)產(chǎn)品來滿足人們的生活需要。在大多數(shù)興旺國家，蜂窩 已成為工作和日常生活中不可缺少的工具。在許多開展中國家，蜂窩系統(tǒng)也在迅速取代過時的有線系統(tǒng)。許多家庭、商務(wù)區(qū)和校園已經(jīng)開通了無線局域網(wǎng)和Wi-Fi熱點(diǎn)，它正在補(bǔ)充甚至替代有線網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)用ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、自動化高速公路、自動化工廠、智能家居、智能家電、遠(yuǎn)程醫(yī)療等新的應(yīng)用已從研究設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)【1】。無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)一般綜合本錢低，性能更穩(wěn)定。只需一次性投資，無須挖溝埋管，特別適合室外距離較遠(yuǎn)及已裝修好的場合；在許多情況下，用戶往往由于受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容

4、的限制，例如山地、港口和開闊地等特殊地理環(huán)境，對有線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸?shù)牟季€工程帶來極大的不便，采用有線的施工周期將很長，甚至根本無法實(shí)現(xiàn)。這時，采用無線監(jiān)控可以擺脫線纜的束縛，有安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)，迅速收回本錢的優(yōu)點(diǎn)。而且，無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的蓬勃開展以及掌上電腦和移動智能終端的大量普及，充分顯示出無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的光明前景。不過，要想設(shè)計性能足以支持這些新興應(yīng)用并且健壯的無線網(wǎng)絡(luò)，我們還面臨著許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)【2】。 二、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)面臨的挑戰(zhàn) 近幾年來，雖然無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)應(yīng)用得到了飛速開展，但每一項技術(shù)都有其應(yīng)用的缺點(diǎn)，現(xiàn)在就有不少專家在研究無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)開展

5、面臨的問題。無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)之所以成為既富有挑戰(zhàn)性又能引起研究人員興趣的課題，其主要原因有兩個，分別是信號衰落和信號干擾，這兩個原因?qū)τ谟芯€傳輸通信而言根本沒有什么影響【1】。 〔一〕信號衰落 首先是衰落現(xiàn)象，由于多徑衰落的小尺度效應(yīng)，以及諸如由距離衰減引起的路徑損耗和障礙物引起的陰影等大尺度效應(yīng)，導(dǎo)致信道的時變特性增強(qiáng)。對于無阻擋傳輸，引起微波空間傳輸電平衰耗和衰落的主要是因?yàn)樽杂煽臻g傳播衰耗、降水衰落、大氣吸收衰落、反射衰落、波導(dǎo)型衰落、閃爍衰落。比擬而言，GSM和GPRS網(wǎng)絡(luò)算是比擬穩(wěn)定的，信號衰落最小，而Zigbee技術(shù)和3G技術(shù)那么表現(xiàn)的相對明顯。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，為

6、了防止Zigbee信號傳輸中的信號衰減，在物理上和邏輯上都做了長久的分析，Zigbee節(jié)點(diǎn)的布置正是為了保證整個網(wǎng)絡(luò)在物理上能夠盡量減少障礙，從而防止信號衰減，邏輯上，那么是優(yōu)化算法，完善協(xié)議，保證數(shù)據(jù)的完整傳輸。3G技術(shù)在信號質(zhì)量不高的情況下表達(dá)不出與GSM網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢，現(xiàn)在我國3G的覆蓋面相對較小，城區(qū)多而鄉(xiāng)鎮(zhèn)少，信號衰減強(qiáng)度大，運(yùn)營商根本是采取了增加基站的方法來保證3G網(wǎng)絡(luò)用戶的正常使用。 〔二〕信號干擾 與有線傳輸中各發(fā)射機(jī)-接收機(jī)對通?？闯上嗷ジ綦x的點(diǎn)對點(diǎn)鏈路不同，無線用戶是在空中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此彼此之間存在嚴(yán)重的干擾。這里所說的干擾可以是與同一臺接收機(jī)數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)射機(jī)之

7、間的干擾(例如蜂窩系統(tǒng)的上行鏈路)，也可以是一臺發(fā)射機(jī)發(fā)送給多臺接收機(jī)的信號之間的干擾(例如蜂窩系統(tǒng)的下行鏈路)，還可以是不同發(fā)射機(jī)-接收機(jī)對之間的干擾(例如不同小區(qū)中用戶之間的干擾)。這一點(diǎn)對于工作于2.4GHZ頻段的無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)來說表達(dá)得尤為深刻，Bluetooth、Zigbee、無線局域網(wǎng)Wi-Fi、無線USB都處于同一頻段，這些技術(shù)的電磁兼容問題日益凸顯，信號干擾強(qiáng)度大。 如何處理信號衰落和信號干擾對于無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計是非常重要的，無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)如何能夠經(jīng)受這兩大挑戰(zhàn)，這正是本文需要探討的主題。 三、無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的思考與探討 雖然無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)中的衰

8、落和干擾的會在多個層間產(chǎn)生結(jié)果，但大局部的研究眼光還是停留在提高空中接口的可靠性上，其實(shí)，能夠綜合多層的結(jié)構(gòu)來分析信號衰落和信號干擾更加科學(xué)，只有這樣才能釜底抽薪地解決無線數(shù)據(jù)傳輸中的各種衰落與干擾。 〔一〕注重網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化 網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化是一直提到的問題，良好的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可以有效防止信號的衰落。無線信道不僅帶寬有限，而且有隨機(jī)多變的特性，網(wǎng)絡(luò)難以保持固定的性能，因此在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)中要保持無線數(shù)據(jù)傳輸鏈路的足夠健壯。無線信道的特性決定了無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的截然不同。隨機(jī)的無線信道不是理想的傳輸媒介。無線頻譜是稀缺資源，必須分配給不同的系統(tǒng)和業(yè)務(wù)使用，因此無線電頻譜必須由區(qū)域性和

9、全球性的管理機(jī)構(gòu)控制。工作于給定頻段的區(qū)域性或全球性無線通信系統(tǒng)必須遵守相應(yīng)管理機(jī)構(gòu)對這一頻段做出的種種規(guī)定。在無線基站的建立時，必須經(jīng)過詳細(xì)的地址選擇和市場調(diào)查，確定基站個數(shù)，基站容量以及基站地址。在不浪費(fèi)資源的情況下，盡可能低防止因網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃不當(dāng)而造成無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)信號的大幅度衰落。 〔二〕優(yōu)化信號傳輸算法 速度與容量是無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)重點(diǎn)關(guān)心的問題，當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸速率高時，無線信道的多徑頻率選擇性衰落是制約系統(tǒng)性能的主要矛盾。因此研究更好的算法是很有必要的?，F(xiàn)在用于信道傳輸?shù)乃惴ū葦M多，比方矢量單載波域均衡算法就很好了解決了信號傳輸?shù)亩鄰剿ヂ鋯栴}。也可以采用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，來提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)

10、定性，加強(qiáng)抗干擾的能力，當(dāng)然有時候穩(wěn)定性與帶寬流量是有一定的沖突的，此時便要根據(jù)具體情況而定，如果既要保證帶寬能到達(dá)根本傳輸要求，又在最大限度上加強(qiáng)無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)魯棒性，應(yīng)對數(shù)據(jù)干擾。 〔三〕智能天線的使用 采用智能天線控制接收方向，自適應(yīng)地構(gòu)成波束的方向性，可以使得延遲波方向的增益最小，降低信號衰落的影響。智能天線還可用于角度分集，也可減少衰落。智能天線可以利用各個移動用戶間信號傳播方向的差異，將同頻率、同時隙的用戶信號區(qū)分開來，由此可在同一信道上接收和發(fā)射多個移動用戶信號而不發(fā)生相互干擾，使無線電頻譜的利用和信號的傳輸更為有效。它的根底是用戶信號的空間特征。將其和其他多址技

11、術(shù)相結(jié)合，可以最大限度地利用有限的頻譜資源【3】。 〔四〕基站天線選取與布置 小扇區(qū)化、定向天線、多用戶檢測、動態(tài)資源分配等來解決不同頻區(qū)間干擾。復(fù)用距離應(yīng)盡可能小以增加頻率復(fù)用的次數(shù)，從而最大地提高頻帶利用率，還有就是網(wǎng)路建設(shè)時，利用天線的空間隔離來減少發(fā)射機(jī)之間的耦合，天線之間空間隔離衰耗的大小與2副天線架設(shè)的相對位置有關(guān)。水平架設(shè)時，間距要大于其中較大波長的1.5~2.0倍；垂直架設(shè)時，間距要大于其中較大的波長，應(yīng)選用水平半功率角接近于60度的天線。這樣的天線所構(gòu)成的輻射方向圖接近于理想的三葉草型蜂窩結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)網(wǎng)適配性較好，有助于控制越區(qū)切換。城區(qū)基站一般不要求大范圍覆蓋，而

12、更注重覆蓋的深度。農(nóng)村地區(qū)采用單極化天線，因?yàn)闃O化分集依賴于移動臺周圍反射體和散射體的分布，對于地物分布相對較稀疏的，極化分集效果不如空間分集，當(dāng)然對特別平臺的區(qū)域，沒有明顯阻擋，話務(wù)需求較小，預(yù)期覆蓋范圍也較小，那么可以選用全向天線【3】。 四、結(jié)語 本人針對無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)開展所遇到的兩大阻礙信號衰減與信號干擾進(jìn)行了分析，并針對這兩項挑戰(zhàn)，提出了相應(yīng)對策，既要重視網(wǎng)絡(luò)基站的建設(shè)，包括天線的配置及安裝，又要從傳輸協(xié)議算法方面多研究，從多方面來減少信號衰落和提高抗干擾能力。 參考文獻(xiàn)： 【1】莫利斯.無線通信[M].北京:電子工業(yè)出版社,2021 【2】陳皖萍.無線數(shù)據(jù)傳輸小論[J].科技信息,2021 【3】周新偉,房立清,程斌.無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)2種方案的抗干擾性[J].四川兵工學(xué)報,2021