中文名 | 無線通信與遙測 | 外文名 | Wireless communication and telemetry |
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目????的 | 將無線通信應(yīng)用于遙測的相關(guān)領(lǐng)域 | 學(xué)????科 | 跨學(xué)科 |
性????質(zhì) | 計算機科學(xué) | 功????能 | 無線通信遙測 |
無線通信新技術(shù)的不斷涌現(xiàn),推動了遙測技術(shù)的發(fā)展。在國際遙測會議 (ITC)中,關(guān)于 OFDM,MIMO,MIMO-OFDM 的論文逐年增多。2003 年,加拿大太平洋微波研究中心 Durso報告了他們實驗室的研究成果,他們將 OFDM 技術(shù)應(yīng)用于戰(zhàn)術(shù)無人機遙測鏈路,采用編碼 OFDM(COFDM)技術(shù),子載波采用 QPSK 或者16-QAM,信號帶寬 8 MHz,根據(jù)不同的編碼效率與子載波調(diào)制方式,傳輸速率為 5 Mbps~20 Mbps,該系統(tǒng)可以有效地對抗多徑干擾,而且可以進行非視距通信。2005 年,國際遙測會議專門設(shè)立一個議題討論提高遙測頻譜效率(T&E/S&T Spectrum Efficient Technology),在這個議題中,美國噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory,JPL)Darden認(rèn)為在遙測鏈路中,OFDM 是一種先進的技術(shù)。Tian 等人將 OFDM 技術(shù)用于飛行器電力線高速數(shù)據(jù)傳輸,可以節(jié)約飛行器儀器之間電纜的數(shù)量。2008 年,Lu 與 Roach 等人分析了物理層采用 OFDM 的iNET (增強遙測綜合網(wǎng))性能,并對系統(tǒng)進行了實驗室的測試。2009 年,Ehichioya 與Kamirah研究 OFDM 在航空遙測信道的性能,說明 OFDM 在航空遙測中具有優(yōu)勢。
對于 MIMO 技術(shù)的關(guān)注,是從 2002 年開始,Jensen 等人研究了空時編碼,并針對航空遙測信道進行了分析。在后面的幾年里,越來越多的遙測研究人員開始關(guān)注 MIMO。在 2006 年遙測會議上,組委會專門設(shè)計一個議題,交流 MIMO 技術(shù),在 2007 年、2009 年都專門設(shè)置分會場討論 MIMO 技術(shù)。在 2006 年,美國密蘇里州科技大學(xué)遙測學(xué)術(shù)中心 Chris Potter 等人就開始研究 MIMO 技術(shù),在隨后的幾年中,他與自己導(dǎo)師 Kosbar 每年都在遙測會議上展示他們的研究成果。到 2009 年,他們成功地將 MIMO 應(yīng)用于航空遙測中,開發(fā)了 1 套 2×2 的MIMO 系統(tǒng),機上 2 個天線,地面 2 個天線。對于 MIMO,就技術(shù)而言,主要集中在信道估計、空時編碼。
從已有的報道來看,目前 OFDM、MIMO 技術(shù)在遙測領(lǐng)域的研究和應(yīng)用主要集中在航空遙測。在航空信道下,當(dāng)飛行器距離較遠時,受到地球曲率半徑的影響,導(dǎo)致天線仰角很低,此時,地面與山體等反射都進入天線的主波束內(nèi),形成多徑干擾,而且飛行器需要傳輸大量視頻數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)率高。另外航空信道下的飛行器能源是可以補給的,可采用功率較大的發(fā)射功率。所以在航空遙測領(lǐng)域,OFDM 技術(shù)有著廣泛的應(yīng)用前景。在衛(wèi)星、飛船等遙測中,OFDM、MIMO 的研究和應(yīng)用還未見報道。這些飛行器能量由電池提供,發(fā)射功率非常有限,功率放大器為非線性,況且衛(wèi)星、飛船基本上不存在多徑干擾,是一個理想的加性高斯白噪聲(Additive White Gaussion Noise,AWGN)信道,就目前而言,不宜采用 OFDM 技術(shù)。但是不論是航空遙測,還是衛(wèi)星遙測,使用 MIMO 技術(shù)都可以提高信道容量,節(jié)約功率,提高傳輸?shù)目煽啃?,所?MIMO 在遙測領(lǐng)域的應(yīng)用具有很大潛力。對于 SC-FDE技術(shù),在遙測會議中未見報道,但是根據(jù)它的特點以及優(yōu)異的抗多徑性能,在航空遙測、導(dǎo)彈遙測等存在嚴(yán)重多徑干擾的信道下,是一種魯棒的遙測體制,很有必要深入研究。
OFDM 是一種多載波調(diào)制技術(shù),它把一個寬帶的頻率選擇性信道劃分為 N 個窄帶平坦衰落信道,從而具有很強的抗多徑衰落和抗脈沖干擾的能力。另外,OFDM 子載波間相互重疊并保持正交,所以頻譜利用率高。在 20 世紀(jì)五十年代,美國軍方創(chuàng)建了第 1 個多載波系統(tǒng),它是 OFDM 的雛形。由于受到技術(shù)和器件的制約,在接下來的十幾年中,OFDM 的實踐之路走得比較艱難。1971 年,Weinstein 和 Ebert 提出采用離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform,DFT)和離散傅里葉逆變換(Inverse DFT,IDFT)對 OFDM 進行調(diào)制解調(diào),1980 年P(guān)eled 和 Ruiz 提出采用循環(huán)保護前綴消除符號間干擾的思路,隨著數(shù)字器件的飛速發(fā)展,快速傅里葉變換(FastFourier Transform,F(xiàn)FT)的實現(xiàn)已變得非常容易,其他一些在實現(xiàn)中難以克服的困難也得到了相應(yīng)的解決,至此,OFDM 走上無線通信的舞臺。到 20 世紀(jì) 90 年代,OFDM 開始被歐洲和澳大利亞應(yīng)用于數(shù)字音頻廣播(Digital AudioBroadcasting,DAB)、高清晰度數(shù)字電視(High-Definition TV,HDTV)和無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network,WLAN)。目前,OFDM 已廣泛應(yīng)用于 WiFi,WiMAX,并作為第 4 代無線寬帶多媒體通信系統(tǒng)的主流技術(shù)。OFDM 由于其子載波的正交性,導(dǎo)致對于頻偏非常敏感。所以頻偏估計成為 OFDM 的一個關(guān)鍵技術(shù),針對這一問題,研究人員進行了大量的研究,提出了許多解決方案。從文獻中可以看出,已有的頻偏估計算法可以分為兩大類,一類是數(shù)據(jù)輔助的估計算法,利用導(dǎo)頻或單獨的訓(xùn)練符號估計頻偏,這類估計算法性能良好且計算量較小,但是會浪費寶貴的帶寬資源。這類算法的研究已經(jīng)比較完善,不論是算法性能,還是計算復(fù)雜度,都足以滿足工程應(yīng)用的要求。目前關(guān)于這類算法的研究大多屬于錦上添花或者只追求學(xué)術(shù)價值;另一類是盲估計算法,這類算法一般性能較差且計算量大,但是它們具有帶寬利用率高,信號不容易被截獲的優(yōu)點。這類算法的研究還不是很完善,尋找可以與數(shù)據(jù)輔助類算法相比擬的盲估計算法是研究人員奮斗的目標(biāo)。另外,由于 OFDM 信號是由許多獨立調(diào)制的子載波疊加而成,這就有可能在某個時刻出現(xiàn)一個很大的峰值功率,導(dǎo)致峰均功率比問題,即 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio),這是 OFDM 的另一個關(guān)鍵問題。由于峰值功率過高,對功率放大器動態(tài)范圍要求很高,提高了整個系統(tǒng)的成本。若峰值功率超過功放的線性放大范圍,就會引起線性失真。目前,已有大量 PAPR 抑制算法,具有代表性的方法有剪波法,壓擴變換法,加擾方法以及編碼的方法。剪波法實現(xiàn)簡單,能將 PAPR 壓得很低,但是會帶來非線性失真,導(dǎo)致性能惡化;壓擴變換法抑制效果好,且實現(xiàn)簡單,但也會帶來非線性失真,導(dǎo)致性能惡化;加擾是一種無失真 PAPR 抑制方法,但是計算量大,PAPR 改善有限;編碼的方法可以很好地抑制 PARR,但是隨著子載波個數(shù)的增加,計算量呈指數(shù)增長,所以只適合子載波數(shù)較小的情況??傊壳斑€沒有一個既簡單而且性能良好的 PAPR 算法,為了解決這一問題,研究人員把注意力集中到功放的線性化——數(shù)字預(yù)失真技術(shù)(Digital Pre-Distortion,DPD)上來,將 PAPR 抑制與 DPD 綜合考慮,這一思路應(yīng)該是解決 PAPR 問題的最好途徑。
為了解決 OFDM 的 PAPR 以及頻偏敏感的問題,研究人員提出 SC/FDE 技術(shù),然而開始并未受到重視。直到1995 年,Sari 等人對 SC/FDE 技術(shù)進行研究,發(fā)現(xiàn) OFDM 與 SC/FDE 之間具有驚人的相似性,從此 SC/FDE技術(shù)漸漸受到關(guān)注。它的原理是在發(fā)射端,它省去了 IFFT 處理,簡化了發(fā)射端結(jié)構(gòu),也避免了產(chǎn)生大 PAPR 的問題;在接收端,通過 FFT 將信號變換到頻域,進行簡單的頻域均衡(因為頻域均衡可以省去卷積運算,實現(xiàn)簡單),然后再通過 IFFT 變換到時域。與 OFDM系統(tǒng)相比,它不但降低了 PAPR 和功放的線性要求,而其對頻率偏移和相位噪聲的敏感程度遠遠小于 OFDM 系統(tǒng)。此外,它依然具有和 OFDM 系統(tǒng)相同的頻域均衡性能,而且它也可以與 MIMO 技術(shù)結(jié)合,組成 MIMO-SC/FDE 系統(tǒng)。由于它具有優(yōu)良的性能,而且處理方式和 OFDM 非常相似,2003 年 4 月出臺的 IEEE 802.16a 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了 OFDM 系統(tǒng)和 SC/FDE 系統(tǒng)兩種傳輸模式。在 B3G/4G 的上行鏈路中,也準(zhǔn)備采用此項技術(shù)。對于 SC/FDE 的研究,主要集中在 MIMO-SC/FDE 上。
MIMO 技術(shù)是指使用多個相關(guān)或者不相關(guān)的發(fā)送天線或者接收天線的技術(shù),通常有單發(fā)多收(SIMO)、多發(fā)單收(MISO)和多發(fā)多收(MIMO)等幾種形式,它是繼時域、頻域之后,人們從空域開發(fā)的一項新技術(shù)。MIMO 最早是由 Marconi 于 1908 年提出。到 20 世紀(jì) 90 年代中后期,Bell 實驗室取得了一系列的研究成果,主要包括:Foshinia 與 Telatar 等人從理論上證明了收發(fā)兩端均使用多個天線,可以使通信鏈路容量成倍增加。即在 Nt發(fā)射天線,Nr 接收天線的 MIMO 系統(tǒng)中,信道容量隨 min[Nt, Nr]線性增加。Foshinia于 1996 年首先提出了分層空時編碼技術(shù),頻譜效率可達到 40 bps/Hz 以上。1998 年,Tarokh 等人提出了空時分組編碼技術(shù)。這些研究成果對 MIMO 的研究起了很大的推動作用,開創(chuàng)了無線通信的一場新的技術(shù)革命。之后,全世界許多學(xué)術(shù)機構(gòu)、大公司對 MIMO 都給予了極大的關(guān)注,并投入大量人力財力去研究,使得 MIMO 得到了飛速發(fā)展。目前,3GPP 在標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)加入了 MIMO 技術(shù),在無線寬帶接入領(lǐng)域,如 802.16e,802.11n,802.20 等都采用了 MIMO 技術(shù)。人們普遍認(rèn)為,在 4G 中 MIMO 是一項必選技術(shù)。對于 MIMO 的研究,主要集中在發(fā)射分集和空間復(fù)用、數(shù)字波束形成(Digital Beam Forming,DBF)、空時編碼(Space-Time Coding,STC)、信道估計、自適應(yīng)編碼調(diào)制(Adaptive Modulation and Coding,AMC)以及多用戶 MIMO 系統(tǒng)等方面。
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zigbee 無線通信模塊 IP-Link 1221-2034 無線組網(wǎng)模塊 2.4G;IEEE 80...
無線通信有編碼模塊和高頻發(fā)射模塊組成,語言通信是調(diào)制模塊和高頻發(fā)射模塊,接收則是由高頻選頻模塊和解調(diào)模塊。無線通信的功能:通信功能:支持GPRS和短消息雙通道傳輸數(shù)據(jù);支持多中心數(shù)據(jù)通信。采用功能:串...
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伴隨著信息化時代的到來,SCDMA技術(shù)作為我國第一個擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù),在各個領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用效率越來越高,在技術(shù)結(jié)構(gòu)中主要采用智能天線配合無線軟件,能保證碼分多址項目的優(yōu)化形成,且整體無線電通信協(xié)議的運行效果也吸引了各界的關(guān)注.本文從系統(tǒng)內(nèi)涵、技術(shù)指標(biāo)、系統(tǒng)優(yōu)勢三方面簡要分析了SCDMA無線通信技術(shù)的整體構(gòu)造.并且深入探討了防汛工作中無線通信技術(shù)的應(yīng)用路徑,旨在為技術(shù)研究人員提供有價值的參考建議.
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無線通信新技術(shù) 近幾年來,全球通信技術(shù)的發(fā)展日新月異,尤其是近兩三年來,無 線通信技術(shù)的發(fā)展速度與應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)超過了固定通信技術(shù),呈現(xiàn)出如 火如荼的發(fā)展態(tài)勢。 其中最具代表性的有蜂窩移動通信、寬帶無線接 入,也包括集群通信、衛(wèi)星通信,以及手機視頻業(yè)務(wù)與技術(shù)。最近在掌 心和笑聲中又聆聽了《無線通信新技術(shù)》專業(yè)講座,使我更加對無線電 有了新的認(rèn)識、理解?,F(xiàn)將報告心得陳述如下: 主題一:無線通信中的分集技術(shù) 1.1分集技術(shù)介紹 根據(jù)信號論原理,若有其他衰減程度的原發(fā)送信號副本提供給接收 機,則有助于接收信號的正確判決。這種通過提供傳送信號多個副本來 提高接收信號正確判決率的方法被稱為分集。分集技術(shù)是用來補償衰落 信道損耗的,它通常利用無線傳播環(huán)境中同一信號的獨立樣本之間不相 關(guān)的特點,使用一定的信號合并技術(shù)改善接收信號,來抵抗衰落引起的 不良影響??臻g分集手段可以克服空間選擇性衰落,但是分集接收
如圖4所示,分包遙測基于星載計算機能力。由信源即用戶計算機將不同傳輸要求的遙測數(shù)據(jù)打包為不同的遙測源包。由中心計算機利用數(shù)據(jù)緩存建立多個具有不同優(yōu)先級虛擬信道和主信道實現(xiàn)優(yōu)先級調(diào)度機制。用戶計算機完成包裝層功能。中心計算機完成分段層和傳輸層功能。
分包遙測基于星載計算機能力,由信源即用戶計算機將不同傳輸要求的遙測數(shù)據(jù)打包為不同的遙測源包。由中心計算機利用數(shù)據(jù)緩存建立多個具有不同優(yōu)先級虛擬信道和主信道實現(xiàn)優(yōu)先級調(diào)度機制。用戶計算機完成包裝層功能,中心計算機完成分段層和傳輸層功能。
與PCM相比,分包遙測能更好適應(yīng)具有長度、速率,信宿、優(yōu)先級不同的多信源的飛行任務(wù)。但從工程實際來看,航天器信源的動態(tài)性僅僅存在于設(shè)計過程,在軌運行的是強實時系統(tǒng).各用戶應(yīng)用均按照約定的時序或者協(xié)議運行.遙測周期基本是固定的。動態(tài)性主要是在異?;蛘吖收锨闆rF.由地面或者自主計算機主動發(fā)出數(shù)據(jù)請求指令來獲取特殊的數(shù)據(jù)內(nèi)容。
遙控遙測產(chǎn)業(yè)雖然占領(lǐng)了經(jīng)濟、軍事和科研等領(lǐng)域的大量市場,但仍有很多市場等待它去開發(fā)。西部大開發(fā)戰(zhàn)略的實施,給遙控遙測產(chǎn)業(yè)提供了一個巨大的新市場。西部不少地區(qū)地廣人稀,工作、生活環(huán)境極其惡劣,給經(jīng)濟開發(fā)帶來不少困難。利用遙控遙測技術(shù)就可改善人們的工作條件,減少野外作業(yè),在有空調(diào)的舒適房間里就可對相距遙遠、分散在惡劣環(huán)境中的設(shè)備進行監(jiān)測控制。西部有豐富的水利資源和油、氣資源,在這些能源的開發(fā)中,無人值守水文觀測系統(tǒng)的建立,各種水利設(shè)施、水電設(shè)施和電力網(wǎng)運行狀況的監(jiān)控管理和輸送油、氣管線的監(jiān)控,都是有待遙控遙測產(chǎn)業(yè)去占領(lǐng)的市場。環(huán)境保護中環(huán)境污染的監(jiān)測,交通設(shè)施建設(shè)中高等級公路的監(jiān)測管理,新建城鎮(zhèn)中水、電、氣、熱等各種管網(wǎng)的監(jiān)測管理,新建廠礦中生產(chǎn)線的自動化監(jiān)控等等,都是遙控遙測產(chǎn)業(yè)的廣闊市場。
隨著城市公用事業(yè)的蓬勃發(fā)展,要求加強傳感器的開發(fā),增加其種類并提高精度和質(zhì)量,改善監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性和精確性,以提高所監(jiān)控管網(wǎng)的安全性和資源調(diào)度管理的科學(xué)性;要求將城市公用事業(yè)網(wǎng)的監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng),建立區(qū)域辦公網(wǎng),對所監(jiān)控管網(wǎng)的資源進行統(tǒng)一調(diào)度,合理利用。這些提高城市公用事業(yè)網(wǎng)監(jiān)控水平的需求,給遙控遙測產(chǎn)業(yè)打開了又一個市場。
該遙測計用來在地面上遙測井下的風(fēng)流壓差。所謂風(fēng)流壓差包括風(fēng)機所產(chǎn)生的壓差,一個網(wǎng)絡(luò)支路兩端的壓差,為測風(fēng)量使用的減壓器件,如皮托管、錐形噴咀等所產(chǎn)生的壓差該礦使用的是哈特曼一布勞恩二氏壓差遙測計,這種裝置具有對稱振子的特性,它的特性曲線只是所測壓差乙p的函數(shù)。有一個”伏的外接電源,給對稱振子供電。在靜止?fàn)顟B(tài)下,對稱振子的電流耗量約4毫安。這樣小的電流就足夠振蕩器了工作用的了。振蕩器J將電流輸給差動變壓器。所測的壓差乙尸轉(zhuǎn)變?yōu)椴顒幼儔浩?鐵芯的位移,然后再變?yōu)殡娦盘朘:刁p。最后,由調(diào)零電位器,往電信號K,乙P上加一個指示零位的常數(shù)c,輸往第二級,作為第二級輸入信號。差動放大器了的第二級輸入信號,是一個與第一級輸入信號和位相反的電壓,并由和對稱振子系統(tǒng)串聯(lián)的電阻輸出。這個電子放大回路非常接近于對稱振子的特性曲線,函數(shù)關(guān)系式K,乙尸十c一KZI。電源回路中有電流I,則可從與對稱振子串聯(lián)的電阻器R的兩個端子,取出測量信號(2、10伏)
濕度遙測計為了測量井下的氣象條件,該礦創(chuàng)制了一種由原始型式改進的干濕球濕度遙測計。在這種濕度遙測計中,由熱敏電阻構(gòu)成干球溫度和濕球溫度的指示器。這些指示器裝在一個薄塑料套中,以防受到外界影響濕度遙測計的電子部分包括:(I)一毫安恒定電流發(fā)生器:借助它可根據(jù)探頭的電壓變化而測出探頭電阻的變化。_(2)放大器和調(diào)零系統(tǒng):用這個調(diào)零系統(tǒng),可以將溫度自由地選調(diào)在量程的兩個極值(一般為20℃和40℃)之一上。(了)輸出級:它將信號轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€從。至1毫安變化的連續(xù)電流。(這個電流經(jīng)過一個加千歐的電阻,并且產(chǎn)生遙測系統(tǒng)輸入端所要求的O~10伏電流)。(4)校準(zhǔn)裝置:借助這個裝置,探頭被兩個固定電阻替換。這兩個固定電阻的值等于探頭在兩個已知溫度時的相應(yīng)電阻值。進行校準(zhǔn)時,將輸出信號調(diào)到與這兩個已知溫度相應(yīng)的信號值上,而不考慮環(huán)境溫度的修正該濕度遙測計的樣機是十分令人滿意的.它的記錄曲線表明,其精確度很高,誤差范圍一般不超過0.2℃