时间：2023-03-20 16:13:47
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇无线通讯论文，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
无线通讯技术由于是无线接入式，因此具有灵活、快捷、高效的特点，它可以快速的地进行数据图像和文字语音的直接传输，不受时间和空间的限制。无线通讯技术加强了各国的经济和文化的交流，也方便了人们的生活。无线通讯技术还有可靠性高，机动性和可用性强的特点。由于无线通讯技术设备比较小，并且是通过无线接入的方式进行网络传输的，因此不受地震，雷雨等自然灾害的影响，即使在自然灾害很大的时候依旧可以保持信息畅通无阻的进行，保持网络的稳定性和可靠性。但是，无线通讯技术也有自己的缺点，比如信息的保密性较差，安全度不高的特点，因为是无线的传输，因此无线网络在传输信息的过程中很容易导致信息的泄露和信息拦截，因此在安全性上比较差。
2无线通讯技术的创新
2.1WirelessHART技术
WirelessHART技术运用的是网格状的组织网络，这样每一台设备都可以作为无线路由器来使用，它的功率更低，对于无线的传输的距离更远。网络中节点越多，网络可覆盖的范围越广，距离越远。而对于WirelessHART的频率为2.4GHz~2.4835GHz，这是国际通信联盟开放给工业、医学和科学三个主要机构使用的免费频段，因此WirelessHART技术不会对其他的通讯造成干扰。另外，在环保方面，WirelessHART技术的无线设备是微功率短距离的设备，这对于用户所担忧的网络功率就不论无线通讯技术创新与应用文/陈浩 孟夏无线通讯技术具有覆盖面积广、信息传递快、不受自然灾害的限制等特点，它是我们时代和科技不断发展的产物。无线通讯近些年也在不断的创新，和广泛的应用到我们的生活中来。这篇文章就是针对无线通讯技术创新与应用的讨论。摘要是问题了，不会对工作人员造成不良影响，它的发射功率为10MW，比手机使用的峰值还低。
2.23G和4G网络
目前在我国3G技术日渐成熟，TD-SCDMA、CDMA2000和WCDMA作为我国研发的3G无线通讯技术被广泛应用在各个领域，3G信号覆盖面积广，对于数据的传输快速，并且能支持语音信号和数据的传输和切换，这些3G技术已经发展成世界的主流，目前3G网络已经非常成熟，wcdma的技术的版本不断升级。目前，又出现了更高的覆盖率和通讯的技术，4G网络技术，目前4G技术还在刚刚起步的阶段，它更加的低成本，并且没有距离限制，这是对于3G的传输上的一些缺点和弊端做了一些调整和升级的网络传输，它更加的快捷，方便，数据传输量更大。3G和4G的优势越来越明显。
2.3WLAN网络
WLAN技术作为宽带的无线通讯网络，已经广泛应用到生活中，这种宽带无线式接入技术使网速更快、更灵活，它采用与商业一样的2.4GHz的波段。目前，WLAN宽带已经被广泛运用到办公室，家庭网络中。但是WLAN宽带的无线距离传输受到限制，只能在比较小的空间内才能接收到信号，传输数据，因此还没有被运用到更广泛的领域中。
2.4UWB技术
UWB技术是一种超宽带无线通讯技术，它是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此它的频谱范围非常广。它基本上是在3.1～10.6GHz频段中占用500MHz以上的宽带，因此它的功率很低，发射和接收数据比较简单，发射信号的功率谱密度低，定位精度高。因此UWB技术更适合运用在室内等密集多径的场所，它能够穿透墙壁，地面，身体系统，对于个人娱乐的局网是最具特色的无线通讯设施。
3无线通讯技术的应用
3.1工业中的运用
在工业生产中，无线通讯设备也在广泛的应用，并发挥着巨大的作用。其中比较运广泛的是，无线短程网和无线局域网。无线短程网功耗低，工作周期比较短，使收发信息的功耗降低，采用休眠模式。并且它数据传输可靠性高，同时预留了需要固定宽带的的专用空隙，避免了在信息传输过程中的碰撞和干扰。无线短程网还具有时延小的特点，无论是在休眠状态还是在激活状态下的时延都很短。另外，它还具有兼容性，通过网络协作建立自己的网络圈，加强课信息传递的可靠性。在工业中还经常用到的是无线局域网，它在工业发展上起着越来越大的作用。因为在工业自动化领域有很多的感应器、PLC、计算机、读卡器等等，这些设备的连接和信息传输都需要有一个控制网络，这些设备提供的通信接口通常是RS-232或RS-485，无线局域网将这些接口的设备都连接到一起，利用网络将信号互相转换，这样就使工业设备的通讯能力不断加强，还大大提高了信息处理能力，并且无线局域网覆盖广，这在现代工业自动化生产中，起着重要的作用。对安全防御管理、电信、光纤、生产设备自动化都有很多的应用。
3.2生活中的运用
无线通许科技现在已经广泛的运用到我们的生活中了。从之前的红外和蓝牙开始，已经被我们的手机、电脑、文曲星等很多的电子产品应用到生活中，我们可以通过无线通讯设备传输数据、图片、音频、视频，这不仅方便了我们的生活，也提高了我们的生活质量。随着科技的不断发展，通讯技术也在不断发展，从过去有线的网络，到现在WLAN已经广泛的应用于我们的家庭、办公室、娱乐场所和公共场合，人们随时随地都能通过无线网络获取数据。另外，GPS等系统也在不断的丰富我们的生活，在开车的时候我们可以通过GPS定位，寻找路线，搜附近的美食、找公交站点等等，这些无线通讯技术已经不断地影响我们的生活，并使我们的生活质量不断提高。
4总结
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。
系统通讯链路建立后，可远端对设备参数进行设置，设备维护方便。监控视频图像清晰、连贯，满足监控要求。从系统的链路冗余可以看出本次测试的应用距离已接近5.8G无线网桥技术在海上应用的最远距离。从系统的稳定性出发，在更远一些的类似应用中应谨慎选择这项技术。
结论
无线通信技术在偏远油区的应用已逐渐成为各种监控系统的主要链路方式。在选取相关技术时除了要考虑包括传输距离、信号带宽、天线安装条件、发射功率、设备功耗、系统成本等各方面因素外，同时还要充分考虑环境对通信的影响。信号的衰弱会使很多通信技术达不到理论标定的距离，因此无法适应现场需要。面对大量的数据传输管理的需求，在选择无线通信技术手段方面还应统筹计划。特别是要对采用技术的先进性、可靠性及系统的可扩展性等多方面进行综合考虑。
参考文献
[1]王一平、肖景明.微波传播..北京：人民邮电出版社，1997
[2]许东.网络化的全数字图像监控系统.北京:有线电视技术,2002:27-56
[3]孙学康、张政.微波与卫星通信.北京：人民邮电出版社，2003
[4]刘富强.数字视频监控系统开发及应用.北京:机械工业出版社,2003:2-17
相关文献指出，网络编码技术是将接收到的信息在转发节点进行重新编码，生成新的信息之后再转发出去，而相关信息接收点在已知译码算法的情况下对接收到的信息进行分析，很快得出经过编码后的信息内容。网络编码技术将来自多个信号源的信息在中间节点进行网络编码的方法明显区别于传统的将接收到的信息进行原封不动的储存和转发，不同点主要体现在其吞吐量的大小上。经过网络编码技术处理后的信息吞吐量明显多于传统的信息吞吐量，这样可以大大节省网络资源。网络编码主要在于解决如何将单源或多源到单点或多点的极限问题，尽可能的充分运用网络资源，产生最大的信息吞吐量。网络编码主要作用于中继节点，可以通过对中继节点信号的处理方法对网络编码进行分类，主要的两种物理层的网络编码类型为：模拟的网络编码和数字的网络编码。模拟的网络编码根据放大转发型的中继节点而来，源节点的信息互相交会在两个时隙中完成，在两个源节点消除干扰后，通过译码进行调节，最后得到想要的数据。数字的网络编码根据解码转发型的中继节点而来，源节点的信息互相交会在三个时隙内完成，两个源节点在接到信息后，先消除自干扰，最后进行译码调解后得到想要的数据。
2.网络编码在无线通信系统中的应用
(1)网络编码应用于无线自组织网络
用物理层和网络层来平衡供需是无线自组织网络中的重要战略，主要是利用网络的编码技术对路由算法进行优化，从而增加无线自组织网络的吞吐量。网络编码技术的运用增加了无线通信网络的成本，并使得无线通信更加复杂，因此良好的传输方案是提高网络信息吞吐量和降低无线通信技术复杂性的重要因素。根据相关文献，该作者将通信的链路分类为信宿节点链路和中间节点。由于中间节点经常接收来自各个信息源的信息，采用网络编码技术，增加信息的吞吐量，节约网络资源。信宿节点处在通信过程的末端，只需要采用传统的路由策略，降低无线通信技术的复杂性，节省网络成本。
(2)网络编码应用于无线传感网络
将网络编码用于无线传感网络中，通过将通信节点资源结合起来，能够加强通信网络的安全性。传感器的网络主要包含的是数据，通信节点通常能够接受到很多不同的信号，这样便可以采用网络编码技术。网络编码技术在无线传感网络中主要是在中继节点选择独立的编码系数，对接收到的信息进行相关的计算，再将运算之后的结果传播出来。在信宿节点上，主要是在知道编码节点在线性编码时使用的编码的系数之后，对需要的信息进行解码，得出想要的数据。
(3)网络编码应用于认知性无线网络
在认知性无线网络中，主要需要注意的问题在于解决主要用户和次要用户的无线通信网络资源的共享问题。其要求是，在无线通信的过程中，必须要保证在不影响主要用户的无线网络通信性能的前提下，为次要用户提供最好的通信性能。因此，在认知性的无线网络中，各节点必须进行充分的合作，合理整合信息从而充分提高通信性能，提高通信效率。网络编码技术恰好能够用于协调编码，在认知性无线网络中，不仅可以增加信息的吞吐量，节约网络资源，又可以避免干扰主要用户的通信质量，对认知无线网络的发展具有重要作用。
3.结语
目前普遍使用的无线通讯平台结构简单，可移植性差，为了实现各种无线功能，往往在每个具体的无线通讯平台上都需要实现各种不同的无线应用，应用和无线通讯平台间的接口十分繁多。因此，深入研究通用的无线通讯平台技术，研制实用的无线通讯平台就具有十分重要的意义。论文深入分析了作为无线通道和无线应用间桥梁的无线通讯平台的技术特点，阐述了嵌入式无线通讯平台的设计需求及其体系结构，并参考已有的无线通讯框架和相关通讯命令，设计了 Wireless－Platform 嵌入式无线通讯平台，实现了无线通道和无线应用之间的平稳和高效通讯，使各种无线应用与具体的无线通讯平台无关。
一、 嵌入式无线通讯平台的概述
随着计算机及相关技术的发展，嵌入式系统的应用范围越来越广，计算越来越自由，从一般的手持设备（如：手机，PDA 等）到网络通信设备（如：路由器、交换机等）都涉及到嵌入式应用，并呈现渗透计算模式（PervasiveComputing）。各种嵌入式设备都具有功能专一、针对性强的特点。随着 Internet 的发展，Internet 技术与信息家电、工业控制技术等结合日益密切，以手持上网设备（如：移动电话和智能 PDA）为代表的嵌入式信息终端就是这类结合体，这种手持上网设备一般都需要使用无线业务功能的支持来实现各种无线业务，如：通话，发送消息和其他操作。手持上网设备主要是通过无线通讯方式进行各种信息交互和传递，而无线通讯平台正是其中的关键技术之一。嵌入式系统主要特点之一是多样性。设备生产厂商在芯片选择、无线通讯指令标准、无线业务支持和操作系统等会有许多不同的要求，没有任何无线通讯平台可以满足所有嵌入式系统的要求。因此无线通讯平台各个模块也会根据不同的嵌入式系统进行不同实现，唯一相同的是无线通讯平台提供给各种无线应用的抽象接口不会改变。无线通讯方式具有分散性、多样性和变异性的特点。软件开发过程中必须对无线通讯的特点进行细分，对各种业务进行更有针对性的设计开发，才能实现无线通讯平台对各种无线应用的可拓展。
二、 嵌入式无线通讯平台的设计
1、体系结构的设计
由于无线通讯平台需要处理的数据接口种类比较繁多，无线通讯命令的标准也不同。无线通讯平台需支持各个无线应用并行请求，处理无线上报消息，转发无线应答给无线应用，通知无线应用处理上报消息，对无线数据进行缓冲和无线通信命令处理的动态扩展。无线通讯平台由三个逻辑抽象层构成：数据处理层，服务处理层和应用接口层。无线通讯平台总体流程如图所示：
2、 各应用接口的设计
query 接口：当应用需要查询无线通讯模块的相关状态等信息的时候，可以通过 query 接口来进行查询；需要传递需要查询的状态的查询类型，每种无线通讯模块的状态都对应一种类型，如：运营商号等；
modify 接口：当应用需要更改无线通讯模块的状态信息的时候，可以通过 modify 接口进行状态更新，参数包括：更新状态的类型和需要更新的值。
add 接口：添加数据到 SIM 卡存储空间中，传递参数包括：位置，存储空间标志，电话号码，电话类型和姓名等信息；
update 接口：更新 SIM 卡存储空间中的数据，传递参数包括：位置，存储空间标志，电话号码，电话类型和姓名等信息；
remove 接口：删除 SIM 卡存储空间中的数据，传递参数包括：位置和存储空间标志等；
read 接口：读 SIM 卡存储空间中的数据，需要传递的参数包括：位置和存储空间标志等；
flush 接口：由于电话本命令实时性要求不高，并且数据量比较大，因此电话业务服务器中对电话本命令和数据进行缓冲。当命令缓冲区满的时候才执行命令，如果需要立即执行缓冲区中的命令，那么需要调用此接口。需要传递的参数包括：存储空间标志等。
send 接口：发送短消息请求，传递的参数包括：短消息内容和消息标志等；
read 接口：读取 SIM 卡某条短消息请求；
write 接口：往 SIM 卡写短消息请求，传递的参数包括：短消息内容和消息标志等；
delete 接口：从 SIM 卡删除某条短消息请求，传递的参数包括：消息标志和需要删除的短消息位置等。
accept 接收来电：发送接收来电请求；
dial 拨号：呼叫当前的电话号码，传递的参数包括：需要呼叫的电话号码；
state 电话状态查询：查寻当前电话的状态；
hangup 挂断电话：挂断当前的电话。
hold 保持电话：让当前电话处于保持状态。
activate 恢复电话：让处于保持状态的电话重新恢复。
join 加入多方会议。
splitMultiCall 离开多方会议。
begin：开始 STK 功能。
response：传递请求类型。
3、电话业务服务器软件设计
应用注册。由于无线系统有通知信息和命令结果返回，应用对于通知消息和/令结果返回的处理是被动的，电话业务服务器不能够唤醒每个应用去处理无线通知消息和命令结果返回。因此，应用需要向电话业务服务器进行注册。
请求操作。应用发送无线操作请求，电话业务服务器根据请求的唯一标志，调用对应的通讯处理模块接口。
管理通讯通道。由于各个接口通过向指定的通道发送消息的方式传递数据，因此电话业务服务器必须对通讯通道进行建立，关闭和维护。
管理不同的通讯处理方式队列。让不同的通讯处理方式可以在一个通讯平台中同时使用，而不会互相影响。
Wireless Communication Systems
From RF Subsystems to 4G
Enabling Technologies
2010，1024pp
Hardback
ISBN9780521114035
杜克林等著
无线通信系统(Wireless Communication System)也称为无线电通信系统，是由发送设备、接收设备、无线信道三大部分组成的，利用无线电磁波，以实现信息和数据传输的系统。4G移动通信系统即下一代移动通讯，是移动通信系统演进过程中的一个阶段和目标，它不仅采用新的无线传输技术提高通信系统的性能，而且与现有的各种有线与无线网络相融合；它不仅包含现有的移动蜂窝网络结构，而且在某些环境下也可以采用Ad hoc方式进行组网，或者采用两种结构的组合形式，形成蜂窝网络下的两跳或多跳网络结构方式。
本书涵盖了目前以及下一代移动通讯与无线网络系统的所有关键技术，涉及CDMA技术、OFDM技术、超宽带、turbo和LDPC编码、智能天线、无线Ad Hoc和传感器网络、MIMO和认知无线电，为读者提供了掌握无线系统设计所需要的一切知识。本书共22章，1.无线网络发展史、无线系统各部分基础知识，以及本书结构等内容；2.各种无线通讯发展概况；3.无线通讯系统中影响频道和传播的各种因素；4.蜂窝和多用户系统的概念与相关技术；5.无线通讯系统分集技术；6.信道估计、信道均衡、脉冲整形等内容；7.各种调制与解调技术；8.扩频通讯原理及具体应用；9.正交频分复用的相关知识，以及正交频分复用的具体应用；10.天线设计原理及基础；11.射频与微波子系统的各部分原理分析与电路等内容；12.A/D和D/A转换相关知识；13.信号处理的相关技术；14.无线通讯系统信息理论相关基础；15.信道编码的基本技术；16－17.信源编码中的语音和音频编码、图像和视频编码；18－19.两种多天线系统：智能天线系统和MIMO系统；20.超宽带通信的相关知识；21.认知无线电相关知识；22.无线自组织传感器网络相关知识。
本书详细介绍了射频子系统及天线的性能、设计和选择方法，使读者对于无线系统有一个清晰概览，也是第一次完整的介绍无线系统中语音编码器和视频编码器的教科书。本书有400副插图，侧重于实际和艺术的系统设计技术，而不是系统设计的数学基础，适合于无线通信领域的研究生和研究人员，以及无线和电信工程师。
杜克林，IEEE高级会员，1998年在华中科技大学获得博士学位，1998－1999年在中国华为公司从事软件开发；1999－2000年在中国电信技术研究院TDD研发部移动通讯中心从事射频系统设计。2000到2001年在香港中文大学微波与通讯实验室从事项目管理；2001年加盟加拿大Concordia大学信号处理与通讯中心，并于2008访问了香港科技大学。他的主要研究领域包括信号处理、无线通信、射频系统、神经网络。
M. N. S. Swamy是IEEE会员、英国工程技术学会和加拿大工程信息中心会员，并获得许多IEEECAS奖励，包括在1986年GuilleminCauer奖、2000年教育奖和50年金质奖章。是加拿大Concordia大学电气与计算机工程学院信号处理与通讯中心主任；他还是Concordia大学1977到1993年期间工程与计算机科学学院院长。他发表了大量关于电路、系统和信号处理的论文，合作四本书。
杜利东，助理研究员
（中国科学院电子学研究所）
论文摘要：随着油田的开发，偏远油区的数据监控、视频监控在油田的安全生产、管理中发挥着重要作用，而无线通讯技术的应用已逐渐成为各种监控系统的主要链路方式。本文对目前广泛应用的几种无线通讯技术的进行简单介绍，分析偏远油区的地理环境及生产环境对无线通讯技术应用的影响。并对应用无线网桥技术进行的平台视频监控项目中的成功应用做简单介绍。
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。
系统通讯链路建立后，可远端对设备参数进行设置，设备维护方便。监控视频图像清晰、连贯，满足监控要求。从系统的链路冗余可以看出本次测试的应用距离已接近5.8G无线网桥技术在海上应用的最远距离。从系统的稳定性出发，在更远一些的类似应用中应谨慎选择这项技术。
[关键词]ARM7无线传输指纹辨识
中图分类号:TP2文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1110048-01
一、发展背景
目前国内外的指纹识别系统设备大多停留在指纹采集器、和一台计算机的组合水平上,这样的系统有很多缺陷。针对于目前国内存在的一些不足,本项目拟以ARM芯片为核心的蓝牙通讯芯片硬件,以指纹识别系统为核心的软件,实现一个基于ARM的无线便携式指纹辨识系统平台,能实现无线通信传输。以此改进现有的指纹识别系统,并期望在应用方面得到推广。
二、研究意义
为了解决目前大多指纹识别系统的携带不方便,身份识别时间较长,工作效率低,且目前的系统都不具有通信交换功能和信息传递的及时性的缺点,有针对性的去设计和开发一种无线通信功能的便携式指纹识别系统。
三、创新点
与常见的产品模型相比,有如下优点:1.便携式:本项目拟设计以ARM9为平台的便携式指纹识别系统,该系统可以方便在室外使用,通过比较存储器内的指纹特征信息与现场采集的指纹信息可以完成身份确认;2. 速度快:通过相关人员的指纹能够马上确认身份,无需与计算机相连;3. 实现了无线通讯的模式:通过单片无线收发芯片可以完成与机构中心的信息交流。
四、硬件设计
本系统硬件设计主要包括指纹采集、无线通讯、和存储模块三个部分。先利用指纹采集模块采集指纹图像,再经ARM9模块进行算法处理,把相关的信息存储起来,并与存储模块的中的指纹比对确认身份,并通过无线通讯模块把相关信息发送至信息中心。1.指纹采集指纹采集传感器采用OV7620,并以I2C总线及DMA的数据传输方式实现与CPU的信息交互。当nXDREQ1输出由高电平变得低电平时,传感器便有数据输出,并且数据能够维持至下一个同样的过程的到来。这正好符合44B0的外部DMA请求的单步模式的要求。于是自然就可以采用DMA的方式来读取数据。最终的数据读取是通过片选锁存器来实现的。由于DMA的方式不干预CPU,因此也大大提高了读取的速度。2.电源管理。电源管理部分采用了1150mAh的LI电,通过DC-DC升压至5V,再通过LDO给系统所需要的3.3V和2.5V电压。具体的实现过程为:电池供电时,开关S9按下,TEST1点由高变低,Q0导通,NAND网络为高,系统开始供电,此时程序运转并给与SHDN引脚高电平信号,促使Q6导通,此时即使按键抬起TEST1点仍为低电平,维持Q0的导通。当插上U后,按键的按下使得Q4导通,Q0此时截至,系统由电池供电切换为U供电,其它道理相同。关机时按键按。系统可以实现图像的连续采集以及温度、湿度、照明亮度等的控制。其中图像采集是系统的核心,其工作流程如下:(1)默认情况下,系统工作在休眠状态。(2)工作人员通过PC管理软件发送命令开始采集图像,软件通过USB接口把命令发送给蓝牙适配器ARM命令。(3)接收到图像采集命令后,ARM控制CPLD开始采集图像数据。(4)CPLD把采集到的一帧图像数据写入一块SRAM中,把ARM的总线切换到该SRAM上,并通知ARM进行压缩;同时CPLD往另一块SRAM中继续采集下一帧图像,便于提高系统的吞吐率。(5)ARM通过蓝牙模块返回响应命令,并返回采集JPEG-LS图像的头信息。(6)PC管理软件发送命令接收下一行压缩图像,ARM压缩该行原始图像,并发送压缩数据;如果出错,可以重新发送。重复本步骤可以获取整帧压缩图像。(7)PC软件对压缩图像解码并显示,并提供其他附加功能,如图像处理、保存等。(8)重复步骤(2)～(7),获取下一帧压缩图像。由上述流程可以看出,JPEG-LS压缩以及无线信道传输决定整个系统的图像传输速率。无线传输采用蓝牙技术,其标称空中速率为1 Mbps,不易提高;因此,系统设计的核心是JPEG-LS的编码效率。3.ARM与蓝牙接口设计.蓝牙是无线数据和语音传输的开放式标准。它将各种通信设备、计算机及其终端设备、各种数字系统,甚至家用电器,采用无线方式连接起来。为了优化系统设计,我们采用性价比高的CSR BC2实现蓝牙无线串口。CSRBC2是一款高度整合的模块级蓝牙芯片,主要包括:基带控制器、2.4～2.5GHz的数字智能无线电和程序数据存储器。通过该模块,系统可以提供无线标准UART接口,支持多种波特率(如9.6 kbps、19.2 kbps、38.4 kbps、57.6kbps、115.2 1kbps、230.4 kbps、460.8 kbps、92l.6 kbps)。当速率为460.8 kbps时,蓝牙芯片能够正常工作;而在921.6kbps时,会有很高的误码率。
五、软件设计
本系统软件设计主要包括固定主程序,管理功能模块,指纹采集算法模块,指纹匹配算法模块,无线通信程序模块,硬件操作模块等。以下为各个模块所包含的函数:1.指纹采集算法模块:打开采集仪函数、关闭采集仪函数、设置参数函数、指纹探测函数;2.指纹匹配算法模块:指纹验证函数、指纹比对函数;3.无线通讯模块:协议层函数、控制层函数、网络层函数、链路层函数、驱动层函数;4.硬件操作模块:读写存储器函数、初始化函数、状态读取函数;5.管理功能模块:指纹的存储、删除、更新函数。
六、结语
本系统以ARM为核心,通过蓝牙传输,实现了数字化的无线指纹辨识功能。本系统具有良好的扩充性,可以使得系统更加微型化。首先,如果采用CSR公司更新的BC3系列芯片,则将融合ARM核以及蓝牙功能,可以更加减小整个系统的体积。最重要的是,如果发展自主产权的指纹识别芯片,那么以现有的SOPC技术,可以将ARM核、CPLD逻辑门以及蓝牙通信功能集成在一起,形成指纹识别的集成解决方案,从而使其产业化成为可能。
基金项目:本文为九江学院科研课题“《基于ARM7的无线便携式指纹辨识系统设计》09kj11的研究”研究成果之一
参考文献:
[1]费浙平,基于ARM的嵌入式系统程序开发要点(二),单片机与嵌入式系统应用,2003,9:80～83.
[2]张小田文,基于ARM7的无线内窥系统设计,单片机及嵌入式系统应用,2008.03.
[3]王波,ARM的三种中断调试方法的探讨.微计算机信息(嵌入式与SOC),2006,22～130～131.
[4]甘泉、杨健、陈永泰,ARM处理器启动代码的分析与设计,2004年全国第五层嵌入式系统学术交流会论文集,2004,151～154.
关键词：地下铲运机；超视距遥控；数据通讯；软硬件设计
中图分类号：TD422.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）10（c）-0000-00
1 引言
随着地下采矿深度的增加，采矿的环境越来越恶劣，作业人员的安全问题越来越严峻，应对这一现象，超视距遥控采矿、智能采矿技术应运而生[1]。
超视距控制LHD作业时，车辆的运行状态和周围的景象等驾驶信息，通过车上传感器和摄像头获取，经过无线网络传输回基站，在地面基站控制台的显示器上显示，驾驶员依据这些信息进行判断，从而发出远程驾驶指令，使LHD进行作业[2]。
CAT公司开发出了MineGEMTM系统；Sandvik公司推出了Automine系统；Atlas Copco公司研制出了Scooptram Automation 系统。国内在这方面的技术目前比较落后，还没有成熟的技术产品问世，主要在高等院校和研究院进行技术上的研究[3]。
本文以ACY-2A型地下铲运机为依据，设计加工出了电气化的模型铲运机，同时设计出了远程控制台，通过在实验场所搭建无线网络实现通讯，最终完成了超视距遥控的模拟实验。
2 系统的组成及工作原理
2.1 系统的整体构造
通过设计，地下铲运机超视距遥控系统需要完成以下功能[4]：
（1）柴油发动机的启动、停止；（2）照明和喇叭控制；（3）铲斗的举升和翻转；（4）车辆急停；（5）车辆的速度、制动以及转向控制；（6）车辆工况信息的监控：主要有车速、发动机转速、发动机水温和水位、油位显示、发动机油油温、液压系统报警等。
2.2 系统原理
其原理为：操控者在操控台上操控踏板、按钮、手柄等操控机构，向控制台上的控制器发送操作信号，控制器采集到控制信号之后，按照协议通过RS232发送到上位机。上位机将接收到的信号通过以太网发送到模型车，模型车接收到信号之后转换成CAN信号发送到执行控制器上，从而控制相应的执行机构，使车辆按要求的车速和路线行驶。模型铲运机的状态参数和周围的场景由各种传感器采集以及前后摄像头拍摄获取，模型车经过车上的车载电脑接入无线以太网，信号通过无线网络传回到操控台的上位机上，从而在上位机上显示，为操控者展现真实的车辆驾驶环境。
3 硬件的设计
3.1 系统组成
超视距遥控系统的硬件主要有远程控制平台（包括控制指令的生成传输以及人机交互界面显示），模型车（包括车载电脑，铰接角等各类传感器，摄像头），以及无线通讯系统。
3.2 远程控制平台
远程控制台应该能够生成遥控控制指令并发送控制指令，设计合理的人机界面显示状态参数，从而完成远程操控。遥控控制指令是由远程控制台上的模拟量和开关量两种信号元器件形成。控制数据可变的用模拟量来表示，状态明确、无参数变化的控制指令用开关量来表示。根据铲运机的操控方式，可以将操作指令分为以下四类：
（1）状态设定指令 这是控制车辆行动状态的控制指令，通过按钮和旋钮来实现；（2）速度控制指令 用来控制车辆速度的指令，通过油门和制动踏板来实现车辆行驶速度的控制；（3）铲斗作业指令 铲运机作业需要操作铲斗动作，铲斗有翻转和举升两类动作，这些指令都是模拟量信号，通过操作台上的右手柄来实现；（4）转向控制指令 该指令为模拟量信号，表达驾驶员转向的意图，通过左手柄X轴来实现功能。
3.3 模型车
模型车依据实际铲运机设计成铰接车模型，采用四轮独立驱动。车载电脑采用的是联合工控的PPC-3000 车载加固平板电脑，它带有一路WIFI以太网接口和两路USB接口。利用以太网接口来接受控制台发送来的控制信号并传输回激光等传感器采集到的信号；车上主控制器通过I/O口检测到各传感器信号并通过CAN总线发送给车载电脑，车载电脑通过主控制器下达控制信号，从而控制各执行部件的动作，这些执行部件有四个轮边电机驱动系统，车载电气系统（包括车灯、顶灯、喇叭等设备）以及液压系统（铲斗工作的驱动电机以及转向推杆电机）。
3.4 无线通信
无线局域网的功能是实现车载电脑控制系统和远程控制台之间的无线通信，从而实现铲运机超视距遥控。无线网络由多个无线AP（ Access Point） 组成，这些AP的SSID名设置为一个，IP为同一个网段，信道间隔为5。模型车在楼道中行走时，车载电脑的无线网卡会扫描AP的信道并自动切换到信号最好的AP，通讯不会中断，切换所需时间为几毫秒。
4 软件的设计
控制软件是整个系统的核心部分，本系统的远程遥控软件可以分为两部分，一部分是远程控制台基于单片机STM32控制器的程序，这部分是为了采集操作机构输入信号，生成遥控指令，并通过RS232发送给上位机；另一部分是无线通讯程序，这是实现远程控制端上位机和车载电脑之间数据的接受和发送。
4.1 单片机STM32程序
本系统中采用的单片机的编程语言是C语言，选择的软件开发平台是IAR，在设计的远程操控系统中，有六路模拟输信号输入，分别是：控制铲斗姿态两路、控制车辆行驶转向两路以及控制车速和制动两路；四路开关量输入，包括左右手柄两个使能输入信号、急停信号以及自动/手动信号。根据输入的控制信号，单片机经过处理后将数据打包通过RS232发送出去，每帧共7个字节。上位机收到数据之后，如果校验正确，则返回数据0x11以表示数据传输无误，否则发送数据0x00以表示数据传输错误，要求重新发送。
4.2 无线通讯程序
通过网络编程来实现控制端上位机和车载电脑之间的通讯，采用C#编程语言，具体实现是采用基于TCP/IP协议的Windows Socket。为了保证通讯信息的稳定和可靠性，超视距遥控系统采用的是TCP协议。由于在服务器端和客户端两端，利用Socket套接字传输的是连续的字节数据，通讯双方并不知道传输而来的字节代表何种含义，因此必须在传输层定义自己的通讯协议，这样才能使传输的数据转换为有意义的信息。
5 实验
为了检验超视距系统的控制效果，对模型车进行了多次的场地遥控实验，实验场所为“L”型楼道。通过控制成车辆的启动、加速、恒速、制动、换挡和急停。实验表明，车辆在楼道中能够以超视距的方式实现驾驶，断开重连程序保证了车辆遇到无线网络信号不好的时候也能够进行操控。
实验结果说明，该超视距遥控操作系统具有良好的遥控驾驶功能，控制台对模型车完全可控，操作简便，能够按照设计生成正确的远程驾驶指令，能够满足安全性和可靠性的要求。
6 结束语
系统依据实际铲运机设计出远程操控系统和模型车，通过无线网络系统实现了远程控制。该模拟系统和实际系统的区别在于被控车辆工作环境不一样，实际铲运机工作于恶劣的井下，需要考虑通讯的稳定性和可靠性，这对于无线网络硬件和软件的搭建提出了更高的要求。本论文的研究对于实际超视距遥控技术具有良好的指导意义。
参考文献
[1] 战凯，顾洪枢，周俊武，等.地下遥控铲运机遥控技术和精确定位技术研究[J].有色金属，2009，61（1）：107-112.
[2] 李ノ，胡天友.地下铲运机遥控控制系统的研究[J].金属矿山，2008（10）：100-102.
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