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一、事件及背景分析
中国已经逐渐进入广泛使用第三代移动通信技术(俗称3G)的时代,但对电信运营商而言,3G网络的建设和运营具有规模大、分阶段、周期长和未来不确定性较高等特点。如何评估3G项目的投资价值一直是广为关注的焦点。传统的项目投资价值分析方法不能满足对不确定性较高的项目进行定价的要求。复合实物期权定价模型能更贴切地反映在3G项目中的多重期权特性,更适合对阶段性较强的项目进行价值分析。本文将运用复合实物期权模型对澳门基于cdma技术的3G项目进行定价分析。
澳门3G项目(CDMA技术标准)的建设具有明显的阶段性,其投资历程如下:
表1-1 澳门CDMA投资历程
时间
事件
意义
投资计划
2005年3月10日
中国联通中标获得澳门CDMA牌照
正式进入澳门移动通信市场
-
2005年5月27日
中国联通获准经营采用CDMA2000 1X系统的公共地面流动通信电信网络及提供跨地域流动电信服务,有效期为8年。
中国联通获准提供CDMA漫游服务的权利
首年投资1.71亿澳门元,建成CDMA 1X制式网络,以提供漫游服务
2005年10月18日
CDMA澳门流动电信网络开通
开始提供CDMA漫游服务
-
2006年8月10日
中国联通获准经营采用CDMA2000 1X系统的公共地面流动通信电信网络及提供两个频段内运作的公用地面流动电信服务
中国联通获得本地运营CDMA服务牌照。CDMA2000 1X可平滑升级到3G网路。
2006年计划增加投资4800万澳门元,在后续二年内累计投资额不低于4000万元
2007年5月29日
中国联通获正式建立及运营3G的牌照
建立及运营CDMA2000 1X EV-DO系统,真正提供3G服务
为建立3G业务,首年将投资4000万澳门元;随后三年累计投资超过9000万澳门元
2008年7月27日
1.引言
码分多址(code division multiple acce-ss,CDMA)系统作为一个自干扰系统,它存在的多址干扰(Multiple Access Inter-ference,MAI)是限制CDMA系统容量和性能的主要因素。在抗MAI方面,近年的研究主要提出了多用户检测、扩频码设计和智能天线技术[1]。其中多用户检测和智能天线技术在对抗MAI方面效果较突出[2]。然而现有的多用户检测只在消除小区内干扰方面取得了较好的效果,而小区间的干扰问题没有解决,智能天线技术很好的解决了这一问题。因此,本文主要探讨基于智能天线与多用户检测技术的联合抗干扰技术。
2.联合抗干扰模型
智能天线分为圆阵和线阵两大类。圆阵与线阵相比,能提供俯仰角的估计,不仅能在水平面内全向扫描,也能产生最大值指向阵面法线方向的单波束方向图进行全向波束赋形,直接对准用户的接收端,还能通过自动调整各个阵元的加权因子,来控制其方向图。故论文以圆阵天线作为接收端的接收天线,以消除小区间干扰。
圆阵天线的阵因子为:
(1)
其中,An为激励电流的幅值,在此为一定值,所以讨论阵因子时它不作考虑。
是第n个单元的角位置,an为激励电流的相位,为了方便下面的讨论,这里我们假设an=0。
则由式(1)得:
(2)
(3)
式中:
,
天线的阵因子为:,,wi为各天线单元加权值。
阵列天线实质上是一个空域滤波器,但对小区内存在的干扰并无明显改善。因此,论文同时引入能有效消除小区内干扰的多用户检测技术。
为了与圆阵天线合理匹配,减小系统复杂度并减小背景噪声,我们选择了多用户检测中的线性变换方式的最小均方误差检测(MMSE)。
其基本思想是使第k个用户发送的信号与估计值的均误方差值最小。为了使接收端信号的判决比特与发送端传输比特bk之间的均方误差最小,现定义第k个用户的线性变换函数wk,满足:
(4)
令,K*K阶的矩阵表示K个用户之间的线性变换矩阵,则MMSE准则下的线性检测问题转换为:
(5)
要求矩阵W以满足上式,则令:
可以解得最小均误方差准则下的线性变换矩阵:
(6)
因此,MMSE线性检测器后的判决输出为:
(7)
3.仿真
利用Matlab进行仿真。联合抗干扰模型分为圆环阵列天线与MMSE检测两个部分。首先,在不考虑系统中所有用户的地理位置分布情况下,选择采用圆阵天线作为接收天线和不采用两种设置,设载波波长为,阵元间距d为载波波长的二分之一,即。圆环阵列天线的阵元数设为8,方位角为(-90o,90o),仰角为(0o,90o)。两种设置在天线接收信号后都采用MMSE最小均方误差法对输出信号进行判决。结果如图1所示。
由图1可知,只有MMSE检测的CDMA系统,信噪比从0dB达到8dB的这一过程中,误码率性能有所改善,但不明显。而引合抗干扰的CDMA系统,误码率性能已经大大下降,达到一个数量级以上。
图1 联合抗干扰引入前后CDMA系统误码率
和信噪比关系图
4.结论
论文论述了基于圆阵天线与MMSE检测的联合抗干扰技术。提出了使用八阵元圆环阵列天线作为接收天线,以MMSE检测作为检测算法的联合抗干扰模型。实验结果表明,引合抗干扰后,系统的误码率性能明显改善,系统容量从而得到了提升。
参考文献
[1]Guerci J.R.,Driscoll T.,Hannigan R.,etc..Next Generation Affordable Smart Antennas[J].Microwave Journal,2014,57(1):24-40.
一、LS码简介
多载波码分多址(MC-CDMA)技术是将正交频分复用和码分多址技术相结合,集两者优点于一体的一项新技术,它采用扩频码对原始数据扩频后将每个码片调制到不同的子载波上,可获得频率分集的效果,对于这种技术接入码的相关性能非常重要,这里将李道本教授发明的一种新型的扩频码一零相关窗互补码(LS码)应用于MC-CDMA系统中。LS码是一种具有互补相关性质的码,每个LS码均由两部分C码和S码构成,采用由两位二进制正交基和生成树扩展方式生成长为64的LS码,得到相关函数仿真图,如图1可看出LS码的互相关函数在原点附近是零,这个区域被称作无干扰窗,在此窗口内可以减小甚至消除符号间干扰和多址干扰。自相关函数在无干扰窗口内自相关值为一脉冲值。从其相关函数仿真图中可看出LS码的相关性能优良,适宜应用于多载波码分多址系统从而降低误码率[1][2]。
二、MC-LS-CDMA通信系统模型
2.1发射机模型
LS码应用于MC-CDMA系统的发射机结构如图2所示。发送端对用户数据bk(t)进行串并变换,转换为M个并行分支,然后将每一个并行分支码元分别与扩展码sk(n)的不同码片相乘,完成频域扩频操作。sk(n)的码长为N,那么总的并行分支有M×N个。这N个并行数据被分别调制到N个正交的子载波上得到一个多载波符号。每个多载波符号的前部插入一个保护间隔是为了消除由多径而引起的符号间干扰ISI。最后信号被载波fc(t)进行频谱搬移形成射频信号后发送出去[3]。
2.2接收机模型
MC-CDMA接收机的部分结构示意图如图3所示,假设信道为频率选择性瑞利衰落信道。在下变频后,N个子载波首先利用FFT进行解调,然后与一个增益系数Gkj相乘后将被扩展到各子载波的能量相加。形成判决变量。在考虑信道的情况下,简化后的接收信号即为第m个分支的多载波接收信号:
此MC-LS-CDMA系统用到的扩频序列LS码码长为20,所以原始数据被调制到20个载波上。两个用户的原始数据经过此仿真系统可以恢复原始数据,LS码在MC-CDMA系统的可行性得到了验证。
四、基于LS码的MC-CDMA系统误码率仿真
系统仿真条件为:采用的原始数据个数为104,调制方式为BPSK,高斯白噪声信道,MC-LS-CDMA系统采用的是68个子载波,本文考虑的用户数为1,4,8,16。观察图5可知,单用户与多用户的BER性能几乎没有差别,这说明基于LS码的MC-CDMA系统在多用户的情况下具有良好的抗多址干扰(MAI)性能,这是由LS码具有理想的自互相关特性所决定的[5]。
参考文献
[1]施建超,黄华. LAS码的构造及LAS-CDMA相对于传统CDMA的优势.通信技术,2007(12)
[2] Hancheng Liao,Daoben Li,Qingrong Zhang.An example of LS codes. ICCC China 2004,Beijing,Oct. 2004:pp. 918~920
一、引言
上世纪70年代末,诞生了被称为第一代蜂窝移动通信系统的双工FDMA模拟调频系统,但由于模拟系统固有的先天缺陷,在90年代初被以TDMA为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统所取代,相对FDMA系统有诸多优点,如频谱利用率高,系统容量大、保密性好等。与此同时产生了以CDMA为基础的数字蜂窝通信系统,相比TDMA系统具有低发射功率、信道容量大、软容量、软切换、采用多种分集技术等优点。
随着网络的广泛普及,图像、话音和数据相结合的多媒体和高速率数据业务的业务量大大增加,人们对通信业务多样化的要求也与日俱增,而一代二代系统远远不能满足用户的这些需求,所以诞生了第三代移动通信技术,它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。国际上承认的3G标准有三个:CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA,这里主要从各个方面做WCDMA和CDMA2000的对比研究。
二、WCDMA和CDMA2000的综合比较
由于WCDMA和CDMA2000这两种技术都是将CDMA技术用于蜂窝系统,许多的思想都是源于CDMA系统,因此WCDMA和CDMA2000有许多相试之处:从双工方式上看,WCDMA和CDMA2000属于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都满足IMT-2000提出的技术要求,支持高速多媒体业务、分组数据和IP接入等。但它们在技术实现、规范标准化、网络演进等方面都存在较大差异。
WCDMA和CDMA2000各有优势和缺点。WCDMA技术较成熟,能同广泛使用的GSM系统兼容;相比第二代通信系统能提供更加灵活的服务;而且WCDMA能灵活处理不同速率的业务。其缺点是只能共用现有GSM系统的核心网部分,无线侧设备可以共用的很少。
CDMA2000的优势是可以和窄带CDMA的基站设备很好地兼容,能够从窄带CDMA系统平滑升级,只需增加新的信道单元,升级成本较低,核心网和大部分的无线设备都可用。容量也比IS-95A增加了两倍,手机待机时间也增加了两倍。缺点是CDMA2000系统无法和GSM系统兼容。
1.WCDMA与CDMA2000的物理层技术比较
WCDMA和CDMA2000物理层技术细节上有相似也有差异,由于考虑出发点不同,造成了不同的技术特点。WCDMA技术规范充分考虑了与第二代GSM移动通信系统的互操作性和对GSM核心网的兼容性;CDMA2000的开发策略是对以IS-95标准为蓝本的窄带CDMA的平滑升级。
(1)这两个标准的物理层技术相似点可以归纳为以下几点:
①内环均采用快速功率控制。CDMA系统是干扰受限系统,因此为了提高系统容量,应尽可能的降低系统的干扰。功率控制技术可以减少一系列的干扰,这意味着同一小区内可容纳更多的用户数,即小区的容量增加。因此CDMA系统中引入功率控制技术是非常必要的。
②系统都支持开环发射分集,信道编码采用卷积码和Turbo码。
③系统均采用软切换技术。所谓软切换是指移动台需要切换时,先与新的基站连通再与原基站切断联系,而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行,因此模拟系统、TDMA系统不具有这种功能。软切换可以有效地提高切换的可靠性,大大减少切换造成的掉话。
④WCDMA工作频段:1900~2025MHz频段分配给FDD上行链路使用,2110~2170MHz频段分配给FDD下行链路使用,2110~2170MHz频段分配给TDD双工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900~2025MHz频段(上行),2110~2170MHz(下行)。
(2)两个标准的物理层技术差异可以归纳为以下几点:
①扩频码片速率和射频带宽。WCDMA根据ITU关于5MHz信道基本带宽的划分规则,将基本码片速率定为3.84Mcps。WCDMA使用带宽和码片速率是CDMA2000-1X的3倍以上,能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。CDMA2000分两个方案,即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X两个阶段。CDMA2000系统可支持话音、分组数据等业务,并且可实现QoS的协商。室内最高数据速率达2Mbit/s,步行环境384kb/s,车载环境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在单载波上采用码片速率1.2288Mcps的直接序列扩频,射频带宽为1.25MHz。
②支持不同的核心网标准。WCDMA要求实现与GSM网络的兼容,所以它把GSMMAP协议作为上层核心网络议;CDMA2000要求兼容窄带CDMA,因此它把ANSI-41作为自己的核心网络协议。
③WCDMA进行功率控制的速度是CDMA2000的2倍,能保证更好的信号质量,并支持多用户。
④为了使支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务也支持WCDMA业务,为了完善新的数据话音网络,CDMA2000-1x需要添加额外的网元或进行功能升级。
2.WCDMA与CDMA2000网络接口的比较
3G标准的基本目标是能在车载、步行和静止各种不同环境下为多个用户分别提供最高为144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的无线接入数据速率。为多个用户提供可变的无线接入数率是3G标准的核心要求。CDMA2000可分别用于900MHZ和2GHZ两个频段CDMA2000的码片速率与IS-95相同,两系统可以兼容。WCDMA的码片速率为3.84Mcps,显然WCDMA系统中低速率用户或语音用户的移动台成本会大幅上升,在CDMA2000系统中则不会如此。
WCDMA的接口标准规范、制定严谨、组织严密,而CDMA2000的接口标准严谨性有待加强。IS-95厂家设备难以互通,给运营商设备选型带来了较大问题;3G许诺的高速无线数据服务必须可以和话音一样实现无缝的漫游,这是至关重要的。多媒体信息要漫游、视频通话也要漫游,没有这些基本要素,3G就不能称其为3G。漫游涉及到的不仅仅是技术问题,更重要的是商业利益。在这方面WCDMA显然更胜一筹,它支持全球漫游,全球移动用户均有唯一标识,而CDMA2000尚不能很好做到这一点。
3.WCDMA和CDMA2000网络演进的比较
(1)WCDMA的网络演进技术
现有的GSM系统利用单一时隙可提供9.6kbit/s的数据服务。如果复用多个时隙就能升级为HSCSD(高速电路交换数据)方式;此后出现了GPRS(通用分组无线业务),首次在核心网中引入了分组交换的方式,可提供144kbit/s的数据速率。接着继续升级采用8PSK调制,这样传输速率可以上升至384kbit/s这就是EDGE;WCDMA的数据传输速率将高达2M/s。
(2)CDMA2000网络演进技术
主要的CDMA2000运营商将来自现在的窄带CDMA运营商。窄带CDMA向CDMA2000过渡的方式为IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的数据传输速率为14.4kbit/s,为了提供更高的速率,1999年部分厂商开始采用IS-95B标准,理论上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C进一步使容量加倍,最后升级为CDMA2000。
窄带CDMA系统向CDMA2000系统的演进分为空中接口、网络接口及核心网络演进等方面。
①目前窄带CDMA系统的空中接口是基于IS295A,其支持的数据速率为14.4kbit/s,由IS295A升级到IS295B,可支持64kbit/s。
②窄带CDMA网络接口的演进主要指窄带CDMA系统A接口的升级和演进。对于窄带CDMA系统,以前其A接口不是规范接口(即不是开放接口),窄带CDMA和GSM的A接口的规范相比较,GSM是先有A接口标准,然后厂家依据标准开发;窄带CDMA是厂家各自开发,然后广泛宣传,最后凭借自身影响修改标准。
③窄带CDMA的核心网在美国经过多年发展后,从IS241A到IS241B到IS241C,我国CDMA试验网和红皮书以IS241C为基础,IS241D规范在1999年底,目前IS241E规范还未正式。
三、WCDMA和CDMA2000在我国的前景
对3G标准的选择不仅要看其技术原理及成熟程度,还要结合本国国情、市场运作状况等因素进行考虑。按目前的进展来看,两种标准最后不能融合成一种,但可以共存。
在我国,GSMMAP网络已形成巨大的规模,欧洲标准的WCDMA在网络上充分考虑到与第二代的GSM的兼容性,在技术上也考虑了与GSM的双模切换兼容,向WCDMA体制的第三代系统演进,从一开始就解决了全网覆盖的问题。而且CDMA2000采用GPS系统,对GPS依赖较大;在小区站点同步方面,CDMA2000基站通过GPS实现同步,将造成室内和城市小区部署的困难,而WCDMA设计可以使用异步基站,运营者独立性强;对于电信设备制造行业,我国在GSM蜂窝移动通信方面发展成熟,而窄带CDMA系统尚未形成规模和产业。
WCDMA采用全新的CDMA多址技术,并且使用新的频段及话音编码技术等。因此GSM网络虽然可采用一些临时的替代方案提供中等速率的数据服务,却不能提供一种相对平滑的路径以过渡到WCDMA。而CDMA2000的设计是以IS-95系统的丰富经验为依据的,因此窄带CDMA向CDMA2000的演进无论从无线还是网络部分都更为平滑。在基站方面只需更新信道板,并将系统软件升级,即可将IS-95基站升级为CDMA2000基站。
由此可见,WCDMA和CDMA2000还将长时间在我国共存,鹿死谁手?尚未分晓。
参考文献:
传统的标签防碰撞算法可分为ALOHA算法[2-3]和树形算法[4-5]2类。ALOHA算法是1种完全随机接入的多址接入协议算法,比如:PALOHA算法(随机推迟算法)、时隙ALOHA算法(SA算法)、帧时隙ALOHA算法(FSA算法)、动态帧时隙ALOHA算法(DFSA算法)和分组ALOHA算法等。该类算法在标签试图发送数据时,并不考虑信道当前的忙闲状态,一旦产生数据,就立刻决定将其发送至信道,这种发送控制策略有严重的盲目性。随着用户数量或发送信息量的增加,这种完全随机接入的算法将使信道重叠现象加剧,碰撞概率增大,传输性能下降。
近几年,有学者提出了采用CDMA技术进行防碰撞的方法,其性能有明显改善。文献[6]提出在标签识别过程中,使用码分多址技术,实现一个时隙可以同时传输多个标签。文献[7]提出了一种基于码分多址思想的时隙ALOHA算法,来解决射频识别中的防碰撞问题,此算法的系统稳定范围要大于时隙ALOHA系统,并且当选用的扩频码组阶数为N时,此算法的最大吞吐量可达原时隙ALOHA的N倍。上述2个文献所提到的算法,当标签数量很多时,数据碰撞的概率明显增加,使系统的吞吐量急剧下降,影响了系统的整体性能。基于以上原因,本论文提出了1种改进的基于CDMA技术的防碰撞算法,能够适应大量标签的识别应用,减少了识别碰撞的发生,使系统吞吐量得到明显改善。
1基于CDMA技术的新型防碰撞算法
n×1-1Nn-1(2)由于传统的基于ALOHA的防碰撞算法中一个时隙最多只能正确识别一个标签的信息,所以当标签数目过大时,系统的吞吐率,即正确识别标签数目所占的百分比将会大幅度的降低,所以对于过量的标签,本算法将会采取对所有标签进行分组识别,当标签需要分成2组时(系统识别帧最大时隙数N为256):nN×1-1Nn-1=n2N×1-1Nn2-1 (3)用上述公式可知n=354,所以当标签数量大于354时,系统将会对标签分组识别。
本文提出的新型算法如下:依据分组帧时隙ALOHA算法,通过此算法的分组规则,完成识别的所有标签的分组。分组帧时隙ALOHA算法的分组规则如下:当标签数量≤354时,无论帧长选择8个时隙还是256个时隙,标签都不分组,按照一个大组来进行识别;当标签数量>354时,帧长选择256个时隙比较适合读写器的识别;当标签数量在355707时,标签分为2组;当标签数量在708~1 416时,标签分成4组更适合信息的传输识别。当标签数量更多时,按照这个规律分成合适的组数再进行识别,详细过程如图1所示。标签分组工作完成后,在每个分组中分别采用码分多址技术,利用其技术的保密性、抗干扰性和多址通信能力,对标签中的数据进行扩频处理并传输。然后读写器端利用码组的自相关特性对不同标签所发的数据进行解调,从而达到防碰撞的目的,进而完成对全部标签的识别,也实现了同一时隙可以传输多个信息的情况。本论文中提到的新型防碰撞算法需要预先在待识别的标签中植入扩频性良好的正交码组,以防止接收端没有办法正确解扩接收,本文选用Walsh序列。该算法可以有效减少图1算法执行过程示意图标签识别过程中的碰撞次数,从而减少了识别时间并且降低了功耗。本论文将分组帧时隙ALOHA算法和码分多址技术相结合,实现在每个分组内可以有多个标签同时进行扩频传输,并且在接收端采用并行接收技术进行多个标签的同时接收。本发明在识别标签过程中,每个组内均为一个独立的识别过程,在分组帧长不改变的前提下,提高了标签数量庞大时的系统性能。有效地减小标签之间的碰撞概率,缩短读写器操作时间,提高吞吐率, 很适合应用于具有较大数量标签的RFID系统中。
2仿真结果
本论文提出了采用码分多址技术的新型防碰撞算法,并仿真了固定时隙数下ALOHA算法的系统吞吐率和本文所提出的算法改进后的系统吞吐量。
RFID系统中时隙ALOHA算法的帧长取值从16个时隙到256个时隙变化,根据公式2,系统吞吐率如图2所示。其中,系统仿真设定的信息帧长F即时隙数设定按2的幂次方递增,即F取值从16个时隙变化到256个时隙,横坐标为标签数N从1变化到500,纵坐标为吞吐率。当帧长设定为256个时隙,标签数量少于256个时,系统吞吐量随着标签数量的增加而增加,直到标签数量达到256时系统的吞吐量达到最大值。随着标签数量的逐渐增多,系统的吞吐量又呈现下降趋势。从图2可以得出2点结论:一、当标签个数接近信息帧长时,系统的吞吐率比较高;二、随着帧长取值的增加,系统对标签的识别性能有明显改善。
本论文提出的基于码分多址技术的新型防碰撞算法选用Walsh序列码,其在对标签的ID号进行扩频处理后,即可实现在同一时刻有2个以上的标签同时进入读写器的识别区域,它们同时发送各自的ID号后,读写器在接收到这些在空间叠加后的信号时也能完整地分离出不同标签的ID号,突破了时隙ALOHA算法在同一时刻不能有2个以上标签到达的限制。此时,系统的吞吐量为(Walsh序列的阶数为r)esucc=∑t=2rt=1N×P(N,n,t)(4)固定时隙数的ALOHA算法的系统吞吐量仿真图和其与基于码分多址技术的新型防碰撞算法的比较仿真结果如图3所示。仿真条件为标签的到达情况符合泊松过程。仿真图3给出了RFID系统的读写器阅读100个标签的识别结果,其中新型算法选用的是Walsh序列,其阶数r取值从2变化到3,固定时隙数的ALOHA算法的信息帧长F取值从32变化到64,横坐标为标签数N从1变化到100,纵坐标为吞吐量。从仿真结果看,在同样的到达率的条件下,阶数越大,算法的吞吐量越高,系统的识别性能有明显改善。并且随着到达率的增加,新型 算法的吞吐量也随着增加,当标签到达量与阶数相等时,系统吞吐量达到最大,但到达量大于阶数时,吞吐量随着到达率的增加而呈下降趋势。这是由于当在同一时隙内到达的标签数量增加到一定程度后,基于Walsh序列阶数r的有限性,选用相同的Walsh序列作为扩频码的标签数量将会增加,此时必然导致碰撞的增加。当选用的Walsh序列阶数为3时,基于码分多址技术的新型防碰撞算法的系统吞吐量可高达3.2,远高于时隙ALOHA的0.368。而且随着Walsh序列阶数的提高,吞吐量的最大值还可以提高,但这会以增加读写器和标签的硬件复杂度为代价,在实际使用中必须根据需求在吞吐量和Walsh序列阶数中作出折中选择。
3结束语
本论文在标签的到达情况符合泊松过程的情况下,利用码分多址技术的多址通信能力,结合分组帧时隙ALOHA算法的优势,创新地提出了一种RFID系统中基于码分多址技术的新型防碰撞算法。理论和仿真实验表明:同已有的标签防碰撞算法相比,本论文提出的新型算法提高了标签数量庞大时的系统性能,能有效地减小标签之间的碰撞概率,缩短读写器操作时间,提高吞吐率, 很适合应用于具有较大数量标签的RFID系统中。
面向未来,人们对3G技术充满了美好的期待。目前3G还处于起步阶段,但其发展前景十分看好。随着通信网络和技术的不断发展,3G技术环境下电信增值业务进入了高速发展,业务范围持续扩大,经营主体趋向多元,经营模式日益创新的新阶段。
一、3G的含义
3G是英文3rdGeneration的缩写,指第三代移动通信技术。相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代GSM、TDMA等数字手机(2G),第三代手机一般的讲,是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务,无线网络必须能够支持不同的数据传输速度,也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少2MBps(兆字节/秒)、384KBps(千字节/秒)以及144KBps的传输速度。
二、3G技术基本特点
从目前已确立的3G标准分析,其网络特征主要体现在无线接口技术上。蜂窝移动通信系统的无线技术包括小区复用、多址/双工方式、应用频段、调制技术、射频信道参数、信道编码及纠错技术、帧结构、物理信道结构和复用模式等诸多方面。纵观3G无线技术演变,一方面它并非完全抛弃了2G,而是充分借鉴了2G网络运营经验,在技术上兼顾了2G的成熟应用技术,另一方面,根据IMT-2000确立的目标,未来3G系统所采用无线技术应具有高频谱利用率、高业务质量、适应多业务环境,并具有较好的网络灵活性和全覆盖能力。3G在无线技术上的创新主要表现在以下几方面:
(一)采用高频段频谱资源
为实现全球漫游目标,按ITU规划IMT-2000将统一采用2G频段,可用带宽高达230MHz,分配给陆地网络170MHz,卫星网络60MHz,这网络为3G容量发展,实现全球多业务环境提供了广阔的频谱空间,同时可更好地满足宽带业务。
(二)采用宽带射频信道,支持高速率业务
充分考虑承载多媒体业务的需要,3G网络射频载波信道根据业务要求,可选用5/10/20M等信道带宽,同时进一步提高了码片速率,系统抗多径衰落能力也大大提高。
(三)实现多业务、多速率传送
在宽带信道中,可以灵活应用时间复用、码复用技术,单独控制每种业务的功率和质量,通过选取不同的扩频因子,将具有不同QoS要求的各种速率业务映射到宽带信道上,实现多业务、多速率传送。
(四)快速功率控制
3G主流技术均在下行信道中采用了快速闭环功率控制技术,用以改善下行传输信道性能,这一方面提高了系统抗多径衰落能力,但另一方面由于多径信道影响导致扩频码分多址用户间的正交性不理想,增加了系统自干扰的偏差,但总体上快速功率控制的应用对改善系统性能是有好处的。
(五)采用自适应天线及软件无线电技术
3G基站采用带有可编程电子相位关系的自适应天线阵列,可以进行发信波束赋形,自适应地调整功率,减小系统自干扰,提高接收灵敏度,增大系统容量,另外软件无线电技术在基站及终端产品中的应用,对提高系统灵活性、降低成本至关重要。
三、3G的技术标准
国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定W-CDMA、CDMA2000和TDS-CDMA三大主流无线接口标准,写入3G技术指导性文件《2000年国际移动通讯计划》(简称IMT-2000)。
W-CDMA即Wide-bandCDMA,也称为CDMADirectSpread,意为宽频分码多重存取,其支持者主要是以GSM系统为主的欧洲厂商,这套系统能够架设在现有的GSM网络上,对于系统提供商而言可以较轻易地过渡,而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此W-CDMA具有先天的市场优势。
CDMA2000也称为CDMAMulti-Carrier,由美国高通北美公司为主导提出,这套系统是从窄频CDMAOne数字标准衍生出来的,可以从原有的CDMAOne结构直接升级到3G,日前,中国电信集团公司获得增加基于CDMA2000技术制式的3G业务经营许可,中国电信在收购了中国联通CDMA网络之后,启动了44个重点城市的网络优化工程,并于去年年底前完成了340多个城市的CDMA网络建设工作,满足了82个无线城市的无线上网需求。中国电信还了“天翼”品牌并启动了189号段放号。由于之前所采购的设备都支持CDMA2000制式,中国电信不需要重新建设网络,在3G牌照发放后,只需进行软件升级,中国电信就会在第一时间里建设起一个全国覆盖的3G网络。
TD-SCDMA是由中国大陆独自制定的3G标准,该标准将智能无线、同步CDMA和软件无线电等当今国际领先技术融于其中,在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵活性及成本等方面的独特优势。另外,由于中国内的庞大的市场,该标准受到各大主要电信设备厂商的重视,全球一半以上的设备厂商都宣布可以支持TD-SCDMA标准。新晨
四、3G技术的应用
当前,一些移动流媒体业务已经能够在2.5G网络上实现,3G网络将为移动业务发展提供更有效的支撑。由于3G网络拥有更高的数据传输速率和数据业务支撑能力,3G运营商不仅可以向用户提供高质量的语音业务,而且还能够提供高速率的流媒体业务。从全球来看,随着3G商用进程的加快,日本和韩国以及欧美地区的一些移动运营商已相继推出了基于移动流媒体技术的视频业务,移动流媒体业务已成为3G网络的核心业务和热点业务。从实际应用的情况来看,移动流媒体可提供点播、直播、下载播放三种业务形式。其中,点播应用主要包括电影片花、精彩片断、MTV等;直播包括电视节目、视频监控、重大赛事、音乐现场会等;下载播放比较适合于那些非在线、对音视频质量要求较高的多媒体节目。
税源监控系统是税务机关利用现代信息技术对税源信息进行全面采集、分析和利用的税务信息化应用系统。一般由企业端和税局端组成。安装在企业的企业端系统功能是用于对企业进行税源信息监控、采集和数据传输;安装在税务机关的税局端系统功能是用于接收所采集的税源信息,并对信息进行分析和利用。税源监控系统是税务机关对重点税源企业进行实时监管的重要工具,应用先进信息技术提高系统功能,对税务机关降低税源监控成本,提高税源监控实效,从源头堵塞税收流失具有重大意义。
一、无线监控技术简介及3G-EVDO优势分析
1. 无线监控技术简介
目前无线监控技术实现上有下面几种方式:
(1)模拟无线数据收发模块实现。该类监控数据传输距离主要由发射机的发射功率来决定,监控范围受发射距离的限制,范围小;数据在空中传播,易受电磁等干扰,数据可靠性不好;模拟传输没有很好的加密模式,安全性不好;数据传输率很低,不能满足税源监控要求的从企业原料采购到成品销售的多个重要环节产生的数据采集及时性、准确性、安全性等要求。
(2)GSM网络实现。这类监控通信方式是依托全球的GSM网络,它的最大特点是打破了距离的限制,从而可以实现远程监控。主要是利用GSM短消息业务或语音业务进行业务监控。语音业务就是利用语音信道进行通信,把各种信息转化成语音信号计算机论文,通过语音信道发送。缺点是:由于网络传输不稳定,短信中心容量等问题,信息发送不可靠,并且缺乏安全性;消息的发送到接受很多情况会有较大时延,加上内容长度限制和GSM上网速度只能达到9.6kbps,这种网络环境无法满足企业税源实时监控和准确性的要求。
(3)GPRS网络实现。GPRS是由中国移动推出的2.5G服务,是在现有的GSM系统上发展出来的一种新的分组数据承载业务论文服务。GPRS与GSM语音的根本区别是,GSM的基础是电路交换,GPRS的基础是分组交换。因此,GPRS特别适用于突发性的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。和GSM相比的优点是传输速度较快,缺点是数据传输速度偏低,有跳跃性,只能满足部分视频监控的要求。
(4)3G-EVDO即CDMA2000 1x EVDO,是3G系统CDMA2000的演进版本,基于CDMA的集群技术。3G-EVDO系统设计的基本思想是将高速分组数据业务与低速语音及数据业务分离开来,利用单独载波提供高速分组数据业务,而传统的语音业务和中低速分组数据业务仍由 CDMA2000 1x系统提供,这样可以获得更好的频谱利用效率,网络设计也比较灵活,抗干扰能力强、信号穿透能力强、系统容量大。1x EV-DO 于2001 年被ITU-R 接受为3G 技术标准之一。
2. 3G-EVDO技术优势分析
3G-EVDO是基于CDMA系统的升级,兼容了IS-95系统的空中接口技术,在升级上只需进行软件方面的升级。而CDMA网络经过7年多的建设,通信网络覆盖全国,基础设备完善齐全,将会是最快升级到3G网络的系统。通信过程中不会产生脉冲式射频,当在周围各种强电设备密布的情况下,不会给其他电器设备造成射频破坏。3G-EVDO通信网络覆盖全国,并成为成熟和稳定的网络,为无线局域网络税源监控系统提供一个稳定、安全的接入环境。3G-EVDO系统本身网络的安全性就好,传输过程中满足IP化和多媒体化的需求,系统具备视频编解码处理、网络通信、自动控制等强大功能计算机论文,直接支持网络视频传输和网络管理,使得监控范围达到前所未有的广度。比较符合以后的发展方向。3G-EVDO可提供高达153.6kps的无线数据通讯带宽,采用信道资源分配方式,可确保基于无线局域网络的税源监控系统企业信息传输的实时性。目前从技术先进性上来看,3G-EVDO是各种无线网络通讯技术中最新的改良技术,在网络安全、传输、解码、分配、覆盖等方面都有着明显的优势。
二、3G-EVDO技术在税源监控中应用的意义
伴随着网络技术3G业务应用范围不断扩大,基于3G系统的无线局域网络监控系统将会用到各个领域,3G技术与税务信息化的结合也是大势所趋。目前国内有关无线局域网税源监控系统产品多数为针对2G无线网络系统进行开发的,由于税源监控图像所包含的信息量非常大,而2G通信系统本身又具有带宽小、抗干扰能力差、衰落严重、误码率高等特点,税源监控数据传输容易掉包的问题没有得到很好解决,无法达到实时监控的作用。如何将远程的监视、系统遥控、监控无线化有机地结合起来,做到既可以基于无线网络进行远程的监视、遥控和图像的传输,又具备通常税源管控的功能,并且投入费用合理,能够更加有效地确保系统运行稳定,将安全防范技术提高到一个新的水平,是目前税源监控信息化的应用的最大需求. 开发基于3G-EVDO无线局域网络的税源监控系统实现税源监控管理网络化、无线化、远程化具有积极的现实意义,主要体现在以下几个方面:
1.有利于实施全方位的税源动态监控
基于3G-EVDO的企业无线局域网络税源监控系统,可深入企业生产经营全部环节,进行实时监控、采集企业生产、经营真实信息,实施全方位的税源动态监控和纳税评估,对提高税源信息采集质量、加强信息共享和综合分析利用、查找和堵塞征管漏洞、提高税源管理实效具有重大意义。
2.有利于解决复杂工业环境下有线网络税源监控技术难题
有关税源监控系统的开发与应用,在国内也已有少量报道,但企业现有的局域网络都是有线网络,在工业环境复杂的企业生产环境中有线网络的应用受到环境的很大限制,存在布局困难、损耗大、传输距离短、分布范围有限、运行成本高的缺陷。无线局域网络监控系统具有无限的无缝扩展能力,可组成非常复杂的监控网络。无线网络监控系统是监控和无线网络传输技术的结合,它可以将不同地点的现场信息实时通过无线通讯手段传送到无线监控中心。
3.有利于降低税源监控成本
目前从技术先进性上来看,3G-EVDO是各种无线网络通讯技术中最新的改良技术,在网络安全、传输、解码、分配、覆盖等方面都有着明显的优势,具有综合成本低计算机论文,只需一次性投资,性能稳定可靠,维护费用低,无需专人管理的特点。建立无线局域网络税源监控系统,有利于提高税收行政管理的效率、降低税源监控成本,解决有线局域网络下监控中存在的监控点多、传输距离远、覆盖范围宽、实时性强、适应复杂的生产环境等技术瓶颈。。
三、基于3G-EVDO的无线局域网络税源监控系统设计
1.总体目标
在目前已有的基于有线网络传输的企业税源监控系统基础之上,以3G-EVDO集群技术替代现有的有线网络监控、数据采集与传输,设计实现基于3G-EVDO集群技术的无线局域网络税源监控系统。相比现有的有线网络税源监控系统,系统功能可在以下方面达到提升:
(1)税源监控范围扩大。基于3G-EVDO集群技术的无线局域网络税源监控系统可实施全方位的动态税源监控,对企业生产经营的采购、生产、库存到销售都进行了全方位的动态监控,实现对企业生产经营的全过程的数据信息进行实时采集传输和分析利用。使税务管理部门能够全面了解企业的实时经营情况,全面掌握税源信息,减少税收流失论文服务。
(2)税源监控能力提高。基于3G-EVDO集群技术的无线局域网络税源监控系统不再受企业地理位置的限制,适合远距离传输,数字信息抗干扰能力强,不易受传输线路信号衰减的影响,能够进行加密传输,可以在数千公里之外实时监控现场。特别是在现场环境恶劣或不便于直接深入现场的情况下,数字视频监控能达到亲临现场的效果。即使现场遭到破坏,也照样能在远处得到现场的真实记录。
(3)税源监控实效提升。系统采用3G-EVDO集群技术、视频压缩编码等诸多先进的信息化技术进行信息采集与传输,由于对视频图像进行了数字化,可以充分利用计算机的快速处理能力,对其进行压缩、分析、存储和显示。通过视频分析,可以及时发现异常情况并进行联动报警,从而实现无人值守。提高税源监控范围、质量和效率。
2.技术路线与技术关键
(1)技术路线:系统从设计到开发采用基于无线局域网络税源管理思想,利用3G-EVDO集群技术、视频压缩编码等诸多先进的信息化技术进行数据无线网络传输的新型系统,运用H.264视频压缩编码技术和3G-EVDO无线网络数据传输解决方案,通过建立统一的信息采集机制、统一的数据信息监控机制,构建面向应用监控、预警的信息化系统。采用跨平台跨数据库的设计技术、J2EE技术、三层/多层结构技术、3G通讯标准、TCP/IP协议等技术进行分析设计和数据交换标准。
(2)技术关键:基于3g-EVDO无线局域网络技术税源监控应用研究,提供3G网络接口实现数据传输、共享、分析、预警;网络带宽自适应技术,根据网络带宽自动调整视频帧率计算机论文,适应爆发性、大容量数据传输;基于无线网络的点对点、点对多点、多点对多点的远程实时企业生产经营现场监视;具有面向异构网络环境的综合管理能力。
3.技术创新
(1)采用3G-EVDO 、H.264视频压缩编码技术等网络通讯新技术,实现企业生产经营“购、产、存、销”关键经营环节监控,解决传统网络传输方式的无法适应监控点多、传输距离远、覆盖范围宽、实时性强、适应复杂等网络税收监控瓶颈问题,实现实时数据传输、接收,保证信息的安全性、稳定性、准确性、及时性;
(2)采用3G-EVDO 、H.264视频压缩编码技术等网络通讯新技术在企业生产关键环节实现实时的税源信息采集,从源头控制发票开票信息的不实,通过技术手段对企业真实的经营信息的分析,测算销售数据,与纳税申报信息比对,实现异常预警。
(3)采用3G-EVDO网络通讯新技术通过一个系统将多种系统整合在一起,将信息自动化,财务分析,税源监控功能集于一身,实现对各类税源信息的传递、交流、共享、存储、协同,实现数据集成及数据的集中展现,做到全方位税源实时控管,有效解决企业,税务机关,政府,生产者之间信息不对称问题。真正实现了监控系统的数字化、网络化和智能化。
【参考文献】
[1]尹逊政,路勇.一种基于GPRS技术的远程监控解决方案[J].计算机应用,2006,Vol.15(5):27-30.
[2]任雷.固定监控与移动无线图像传输技术[J].赤子, Vol.2009(16).
[3]范文博,姚远,张其善.基于GPRS技术的数据采集远程网络监控系统.无线电工程[J],2004,Vol.34(1):21-24.
新的移动通信实验教学体系,将先修课学习、工业实习、理论课学习、实验课开展、毕业论文等多个教学环节进行整合,形成从基础理论仿真到专业实验操作、工程技术实训、创新实验等一个开放的实验教学体系。
通过通信类先修课程的学习,使学生准备好相关的基础知识,同时也对移动通信在课程体系中的地位有明确的定位[14,15]。相应编程语言类课程的学习更为实验仿真提供了良好的基础。移动通信理论课程的讲授为实验课程的开设提供了直接的理论平台。工业实习安排在移动通信实验课开设前一学期开展,实习内容是到各通信运营商公司和设备厂家进行跟岗实习,涉及到的内容有:移动通信系统基站的建设与维护;交换与传输系统管理和维护;光纤传输设施维护;移动终端制造与维修;3G应用等多个方面。通过工业实习使学生对当前移动通信所涉及到具体问题有了充分的感性认识,这对之后实验教学的开展,特别是移动网络方面实训的进行有很好的促进作用。移动通信实验教学的开展涵盖以下几个方面:基础理论仿真、专业实验操作、工程技术实训、创新实验、毕业设计。基础理论仿真是利用MATLAB软件实现:QPSK调制及解调;MSK、GMSK调制及相干解调;QAM调制及解调;OFDM调制解调;m序列产生及特性分析;Gold序列产生及特性分析;数字锁相环载波恢复;Rake接收机仿真实验。例如,OFDM调制解调实验,按照图2OFDM仿真结构图,利用MATLAB程序实现图2中不同测试点处的信号波形。
工程技术实训阶段则是利用3G天线获取实际信号,利用频谱分析仪等仪器实现CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA信号的分析。同时实现基站放大器、塔顶放大器性能指标的测试。例如,图4中给出利用频谱分析仪所测得实际CDMA2000和WCDMA信号的频谱特性。
创新实验阶段主要是针对有兴趣参加各类设计竞赛的学生开展,将全国及各省、校级电子设计大赛题目进行改造,从中选取与移动或无线通信有关,且具有创新性、前瞻性、实用性的方案,经过适当修改作为创新实验阶段的实验案例。学生可以通过这样的实验案例了解各级大赛的要求及特点,教师则也可以在实验教学过程中,选拔优秀学生参加各级大赛,进而提高学生的能力和水平。毕业设计阶段主要是利用实验室实验条件,从学院承担的科研项目中,将某些项目进行简化、修改、重组,转化成通信专业类论文题目,或从本专业最新的科技论文中选择其中合适的内容进行改进,作为通信专业类综合性毕业设计案例,从而将先进的科研成果打造为优质教学资源,实现基础与前沿、经典与现代的结合。为通信类专业学生提供了广阔的选择空间和开放的培养环境。总之,移动通信实验教学体系中基础理论仿真、专业实验操作和工程技术实训是必修课程教学内容,是实验教学的基础与根本[16]。创新实验、毕业设计则是移动通信实验向之后教学、实践环节的扩展与延伸。这样由必修和扩展环节共同构建起移动通信实验教学开放体系。
本文作者:冯敏罗清龙作者单位:聊城大学
1引言
在油田偏远油区生产过程中,对相关生产参数及油井视频进行远程监控对偏远油井的安全生产起着至关重要的作用。但由于偏远油区装置远离油田总部,应用有线的通讯方式,施工困难且周期长、灵活性差。而无线通讯方式由于其建立物理链路简单易行,成本低,可以根据现场需求及时调整项目方案,灵活性好,系统的功能扩展方便,因此特别适合偏远油区对通信链路的要求。
2常用的无线通讯技术
目前在油田现场广泛应用的无线通讯技术主要有GPRS/CDMA、数传电台、扩频微波、无线网桥及卫星通信、短波通信技术等。
其中GPRS和CDMA技术中国移动和中国联通公司的主营数据传输业务,在数据传输方面有着很强的优势,即信号覆盖范围广。对于陆上油田生产区域基本完全覆盖。但由于海上油田地理位置特殊,远离陆地的基站,因此很多海上生产平台还无法为GPRS/CDMA信号完全覆盖。此外经过测试,GPRS的平均速率为20kbit/s~40kbit/s,CDMA的平均速率为80kbit/s~100kbit/s,可以满足传输小数据量的生产数据要求,但无法满足大数据量的信号(例如视频信号)远程无线传输。虽然有利用CDMA技术进行视频信号传输的案例,但效果并不理想。
数字电台用于点对点或点对多点的工作环境,能够提供标准RS-232接口,可直接与计算机、RTU、PLC等数据终端连接,实现透明传输。数传电台的传输速率从1200~19.2Kbit,传输距离20~50公里。具有抗干扰能力强、接收灵敏度高等特点。数传电台技术比较成熟,标准统一,一直以来广泛用于油田的数据遥测/数据采集与监控(SCADA)项目中。但随着GPRS/CDMA技术的日渐成熟,相应的设备价格的降低,使得在很多应用场合中数传电台被GPRS/CDMA所取代。但同时,数传电台的相关技术也在不断发展,智能化、网络化、高带宽的数传电台也不断涌现。结合数传电台误码率低、信道可靠的特点,数传电台必将成为海上油田通信技术应用的可靠选择。
扩频微波和无线网桥技术是近几年兴起的一门数据传输技术。扩频微波最大优点在于较强的抗干扰能力,以及保密、多址、组网、抗多径等,同时具有传输距离远、覆盖面广等特点,特别适合野外联网应用。而无线网桥是无线射频技术和传统的有线网桥技术相结合的产物。无线网桥是为使用无线(微波)进行远距离数据传输的点对点网间互联而设计。它是一种在链路层实现LAN互联的存储转发设备,可用于固定数字设备与其他固定数字设备之间的远距离(可达50km)、高速(可达百Mbps)无线组网。这两项技术都可以用来传输对带宽要求相当高的视频监控等大数据量信号传输业务。
例如,对于远离陆地且无法进行中继的海上平台,通讯链路只能通过卫星通信和短波通讯。其中卫星通信范围大,只要卫星发射的波束覆盖进行的范围均可进行通信。不易受陆地灾害影响,建设速度快,易于实现广播和多址通信等等优点。但其运行费用相对昂贵,且系统维护要求高。短波通讯以往只在军事通信、专业通信、业余通信中发挥着极为重要的作用,因其传输速率低、噪声大,电离层反射天波为主,通常不能稳定的使用固定频率工作等缺点,因此在其他领域已慢慢淡出人们的视线。尽管短波通信存在一些缺陷,但对于海上油田而言,短波通讯作为可靠性高、覆盖区域广的通信方式,用于海上平台的紧急通信及小数据量传输应该是一个比较好的选择。
3环境因素对技术应用的影响
偏远油区的环境因素以以海上油田最为特殊。海上油田除了考虑信道带宽,传输数率,传输距离,发射功率,天线要求等通信设备本身的技术参数外,在应用无线通讯技术的过程中,还必须全面地考虑海上平特的地理环境与地理条件对无线通信技术应用的影响。
3.1对信号传输的影响
可以通过选取性能好的设备或应用抗干扰措施以减少甚至避免干扰。但无线通信过程中的信号衰落问题则是普遍存在的,而且是不可避免的。由于海上油田远离陆地,与陆地之间的广阔的海域、多变的气候使得在陆上应用效果很好的技术在海上应用时没有了用武之地。
微波在空间传播中将受到大气效应和地面效应的影响,导致接受机接受的电平随着时间的变化而不断起伏变化,我们把这种现象称为衰落。从衰落的物理因素来看,可以分成以下几类:吸收衰落、雨雾衰落、K型衰落、波导型衰落、闪烁衰落等等。在各种衰落因素中,吸收衰落、雨雾衰落及K型衰落对海上油田的无线通信应用影响较大。
3.2对技术应用的影响
各项通信技术在海上油田应用中还存在的另外一个问题就是其独特的现场环境。海上平台一般空间狭小,还要考虑海上多风,平台最高点一般较低的特点。
首先是对天线安装的限制。海上微波通信受地形地貌影响,相同的通信距离要求两端天线的高度更高。对于卫星通信、扩频微波、短波通信等天线体积较大的应用,由于海上风力较大,抗风性的要求也使得设备在小平台的安装变得十分困难。
此外,对于无人值守的平台,设备必须具有高可靠性、可自动维护、参数远程设置等功能。而对于卫星通信、短波通信等要求平台上配备专业管理操作人员进行设备的管理维护,这一特点也为技术的应用带来一定的限制。
4无线网桥技术在海上平台视频监控中的应用
在实际的现场应用中,我们选取了基于5.8G无线网桥设备进行了现场应用测试。测试地点为浅海油井,测试内容为4路视频监控图像的传输。该系统具体解决方案是利用摩托罗拉Canopy5.8G无线网桥建立通信链路。在平台一侧首先通过视频服务器将模拟视频信号转化为可在网络传输的IP数据流,之后由无线网桥将信号传输到陆地端。陆地端一侧通过无线网桥进行接收后由视频监控服务器处理后,对视频信号进行录像存储及Web。相关用户可依据相应权限在局域网内进行视频图像的浏览、录像等操作。
从2001年6月信息产业部将第三代移动通信(简称3G)正式提上议程开始,3G进军中国的脚步在各种传言和猜测中走过了近8个年头之后,终于在今年初工信部为国内三大运营商颁发了包括TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000在内的第三代移动通信牌照,但同属3G标准的WiMAX并未获准运营。中国电信集团公司科技委主任韦乐平韦乐平指出,移动WiMAX定位的是3G的标准,却拥有了3.5G+的性能,采用的却是4G的核心技术,所以其位置比较尴尬。可以说,把WiMAX作为3G或者3.5G已经为时已晚,而作为3.9G或者4G又来的太早。那么在技术飞速发展的今天,WiMAX是否已成昨日黄花呢?
1、 WiMAX优越的技术特征
WiMAX(又称IEEE 802.16标准)是一项基于标准的技术,主要用在城市型局域网路。由WiMAX论坛提出并于2001年6月成形。它可提供最后一公里无线宽带接入,作为电缆和DSL之外的选择。根据是否支持移动特性,IEEE 802.16标准可以分为固定宽带无线接入空中接口标准和移动宽带无线接入空中接口标准,其中802.16a、802.16d属于固定无线接入空中接口标准,而802.16e属于移动宽带无线接入空中接口标准。
(1)实现更远的传输距离:WiMAX所能实现的50km的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的,网络覆盖面积是3G发射塔的10倍,只要少数基站建设就能实现全城覆盖,这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。
(2)提供更高速的宽带接入。据悉,WiMAX所能提供的最高接入速度是70Mbit/s,这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。
(3)提供优良的最后一公里网络接入服务。作为一种无线城域网技术,它可以将Wi-Fi连接到互联网,也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展,实现最后一公里的宽带接入。用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。
(4)提供多媒体通信服务。由于WiMAX较Wi-Fi具有更好的可扩展性和安全性,从而能够实现电信级的多媒体通信服务。
(5)优越的移动性。WiMAX可以再100Km/h的速度下使用,而WIFI则不行,3G则会严重影响连接速度,所以WiMAX在移动中的优势更加明显。
2、WiMAX的星星之火
尽管WiMAX有比其他3G标准更为出众的技术优势,但随着国内3G牌照的正式,WiMAX在中国的发展陷入低迷。
早在08年10月工信部无线电管理局副局长谢飞波曾明确了我国对移动WiMAX(802.16e)技术的态度。他表示移动WiMAX(802.16e)尚未通过中国通信标准委员会审定,“因此不能作为中国的国家标准,不能在中国使用。”实际上,中国从一开始便对移动WiMAX(802.16e)持反对态度,认为移动WiMAX(802.16e)好几个技术问题一直没有得到解决,所以不能通过一个技术问题没有完全澄清的标准。其中最主要的就是移动WiMAX(802.16e)在频段上与国家正在大力推广的TD标准有冲突。如果在国内使用移动WiMAX(802.16e),将给本来就频段资源紧张的TD造成冲击,这显然是工信部不愿意看到的局面。
今年1月工业和信息化部正式发放了TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000三张3G牌照后,国内三大运营商开始大力推广不同制式的3G业务,而不在牌照之列的WiMAX就已经很少被人提及了。同时中国电信董事长兼CEO王晓初在收购CDMA业务会表示,CDMA网络的演进路线首先考虑在中心城市升级EV-DO Rev.A,并等待LTE的发展。 这是中国电信高层首次公开明确全球第三大CDMA网络的技术走向:C网将会向3G EV-DO升级,并且在后3G制式上选择LTE。
WiMAX在国内似乎已无路可走,但今年7月、8月WiMAX的好消息陆续传来,
在国内继今年4月我国台湾地区开通 WiMAX服务之后,最近又有消息称,大陆将引入台湾地区电信运营商的WiMAX试验网,由工信部与地方政府共同选择两三个城市来进行试点,此项工作有望在8月底展开。另外还有消息称,国家广电总局将在30个城市展开WiMAX的网络建设。
在国外,美国政府设立总额为40亿美元的宽带刺激基金,可能会帮助目前的WIMAX产业链走出困境;华为CDMA和WiMAX产品线总裁赵明接受路透专访时表示,WiMAX于去年启动,并将在城市人口较多、但固定线路网络基础较差的新兴市场获持续快速发展。同时赵明表示:“今年(WiMAX全球销量)在5亿美元左右,明年应该能到约10亿美元。”;世界知名市场调查公司InfoneticsResearch的最新报告指出在用户对带宽和VoIP需求的推动下,印度、俄罗斯、巴西等国WiMAX增势强劲。报告还评测了全球各地的WiMAX发展趋势。同时报告指出,在中国虽然目前市场很有限,但如果自主的3G技术TD-SCDMA未能点燃市场,监管部门对WiMAX的态度可能将会软化,从而引导更广泛的WiMAX市场增长。同时WiMAX论坛主席RonResnick 宣布“2009全球WiMAX高峰会议”将于2009年10月22日-23日在北京举行。
InfoneticsResearch公司WiMAX、微波业务和移动设备类主管分析师理查德·韦伯(RichardWebb)表示,第二季度已经显示出WiMAX市场已经越过了谷底。WiMAX自08年开始至今的低谷期已越过,星星之火终于点燃。
3、WiMAX的规模化商用只是时间问题
据中国通信网报道,中国台湾工业技术研究院(ITRI)信息与通信研究实验室(ICL)副总裁兼总监Paul Lin透露,内地将对WiMAX设备以及CPE产品解禁,国家广电总局将在30个城市展开WiMAX的网络建设。 WiMAX的解禁不再是空穴来风。
WiMAX的应用是多种多样的,无线、宽带、公共安全的这些应用在中国主要取决于频率的资源,2.5GHz、3.5GHz、700MHz都有不同的应用。WiMAX目前应用主要是作为无线宽带接入领域的一个很好的补充。而由于其低廉的宽带费用较为适合中国农村地区的宽带市场。
1 前言
现行UHF RFID空中接口的最大瓶颈是单信道接入,以致碰撞仲裁成为通信协议的核心。防碰撞算法几经改进,始终没有根本突破,多读写器密集配置更添读写器碰撞麻烦。彻底突破UHF RFlD空中接口接入能力瓶颈的思路唯有多信道接入,即接入网接入,唯一可能的技术途径是在UHF RFID空中接口引入码分接入。
直接序列扩展频谱(DSSS),提供了一种提高信号抗干扰能力的技术手段。正交序列编码调制,奠定了码分接入技术基础,其多信道共用载波、无需频道选择的特点更加适合于无源标签UHF RFID空中接口的应用环境。
对此有两种不同的认识:一种认为当今的直接序列扩展频谱和码分接入系统对于RFID空中接口而言,“复杂”、“困难”和“不可能”。另一种是探索适合于UHF RFID空中接口特定环境,寻找与移动通信不同的技术实现方法,力求实现UHF RFID应用条件下的码分接入。
2 UHF RFlD空中接口单信道接入体制
这是无可奈何的选择:
(1)受限于无源标签的工艺条件。无源标签不具备频道选择能力,不可能采用频分接入(FDMA)实现多用户接人。
(2)受限于无源标签的功耗条件。芯片的功耗与工作频率的平方成正比,时分接入(TDMA)的系统总速率等于各时分信道速率之和,无源标签不可能靠增大总工作速率来提高接入能力。Aloha算法和二叉树算法及其改进算法,本质上都属于时分接入,与移动通信不同点在于移动通信TDMA信道总速率等于用户速率与接入用户数的乘积,单信道射频识别信道速率保持单用户速率不变。
(3)受限于无源标签的复杂度。码分接入被认为“复杂”、“困难”和“不可能”,详见第4节。
3 ISO/IECl 8000标准的期待
ISO/IECl8000第一部分给出了ISO/IEC18000的一系列定义,包括DSSS占用信道带宽、扩展频谱序列、chip率、chip率精度等参数。在每一册分标准的协议参数部分,凡读写器到标签链路和标签到读写器链路参数表格中都留下了扩展频谱序列、chip率、chip率精度等条目,在子条款中则加注“不用”。甚至在135kHz以下的ISO/lECl8000-2和13 56MHz频段的ISO/lECl8000-3中也如法炮制,在相应章节保留条目,加注“不用”。
如此安排说明,标准编制者十分看重扩展频谱技术,为今后条件成熟时加入相关内容留足空间,而且历经十余年始终不舍弃,可见标准制定者期待之甚。
然而,CDMA不只是扩展频谱,扩展频谱技术本身只是做了把频谱资源转换为功率资源的工作,也就是改善了接收端信号接收能力。更重要的还需要再把获得的功率资源转化为系统工作能力,如移动通信所做的实现正交多信道接入,甚至码分组网。就这个层面而言,只预留扩展频谱参数尚显不够。
4 望而却步者所说
CDMA技术因其在移动通信中的成功应用,而使RFlD业界深受诱惑;同时又因其在移动通信中实现方案的复杂度,而令RFID业界望而生畏。望而却步者断定:在RFID空中接口引入CDMA技术,
复杂――在于cDMA系统通信组织中,多个逻辑信道,多种实体代码,所用多种序列的产生和相关检测,以及严格的系统同步需求;
困难――在于RFID的用户端设备是电子标签(以下简称“标签”),要求低成本、无源(接收读写器射频能量对标签供电);
不可能――无源标签只限于CMOS集成电路工艺,相当于直接序列扩展频谱系统,终端功能不可能在标签上实现。
5 努力追寻者所做
2009年波兰学者Gustaw Mazu rek发表了《应用扩展频谱发送的有源RFID系统》一文,文中给出了有源RFID空中接口的应用扩展频谱技术的计算机仿真结果。其特点是标签由电池供电,只发不收,使用16个127位GoId序列,实现有源标签码分多信道发射。其之所以针对有源标签,说明功耗问题没法解决;其之所以只发不收,是因为找不到适合于标签(甚至是有源标签)上实现的扩展频谱信号相干接收解扩方案;其之所以只做了仿真,说明这仅仅是一个关键课题,还没有形成完整的系统设计。
当然这项研究也说明,国外也在探索UHF RFlD空中接口新体制,包括RFlD空中接口引入CDMA技术。
台湾大学刘馨勤等曾使用霍夫曼(Huffman)序列作为RFID码分接入扩展频谱序列,但其异步互相关值较大,影响系统性能。
元智大学郭芷琮以相互正交格雷互补序列集合为RFID扩展频谱序列,以码分接入的方法处理RFID系统标签信号异步时碰撞的问题。若两标签使用不同的相互正交格雷互补集合扩展频谱,无论各标签间接收信号是否同步,相互都不会有任何干扰。若两标签使用同一组相互正交格雷互补集合扩展频谱,只要两标签传送的码元扩展频谱序列到达读写器时间不同,也可在没有相互干扰的情况下读取各标签传送资料,模拟结果比文献中使用霍夫曼序列的性能更好。但是正交格雷互补序列数不足,可能成为扩大系统功能的障碍。
本人从系统的角度出发,改变传统的雷达模型思维,以通信思维指导系统设计,从分析UHF RFID应用环境入手,通过合适的序列选择,利用移位m序列族内在关联特性处理多标签并行应答,采用多读写器正交码分组网方法,完成了系统架构和关键技术方案(见该系列后续论文),预期可适应物联网发展的需求。