5G无线网络关键技术

全球范围内,无线通信数据传输需求迅速增加态势下,5G通信技术备受瞩目,中国、欧洲、美国、日本和韩国等已发布5G试验计划和商用时间表。基于此,介绍了5G通信的三大应用领域,详细阐述了5G无线网络的关键技术,包括软件定义网络、网络功能虚拟化、大规模天线多入多出、毫米波和集中化无线接入,研究了6G的发展方向并进行展望。     

5G通信中数据传输的可靠性分析

对未来无线通信系统的几种潜在的关键通信技术,如异构网络、大规模多输入多输出(MIMO)通信、绿色通信和毫米波通信,给出了较详尽的论述与讨论。首先简要介绍了未来无线通信网络结构的异构化变化所引起的复杂干扰信号的出现及能源消耗增加问题。介绍了大规模MIMO通信技术的优点,大规模MIMO通信的研究现状与研究难点,给出了进一步解决频谱稀缺问题的毫米波无线通信系统的混合波束成形的方案。     

面向5 G无线通信系统的关键技术综述

对未来无线通信系统的几种潜在的关键通信技术,如异构网络、大规模多输入多输出(MIMO)通信、绿色通信和毫米波通信,给出了较详尽的论述与讨论。首先简要介绍了未来无线通信网络结构的异构化变化所引起的复杂干扰信号的出现及能源消耗增加问题。介绍了大规模MIMO通信技术的优点,大规模MIMO通信的研究现状与研究难点。详尽叙述了分别以频谱效率、能源效率和资源效率最大化为目标的绿色无线通信传输优化问题的解决方案。最后,给出了进一步解决频谱稀缺问题的毫米波无线通信系统的混合波束成形的方案。     

毫米波无线通信系统混合波束成形综述

毫米波频段拥有大量未充分使用的频谱资源,能有效缓解低频段频谱拥塞,并且由于毫米波波长较短,能极大地减小大规模天线系统的物理尺寸,使得毫米波通信成为5 G无线通信系统潜在的关键技术之一。考虑到毫米波传播路径损耗严重,毫米波系统需采用波束成形技术改善传输质量。在毫米波大规模多输入多输出(Multiple-input multiple-out, MIMO)系统中,由于数字波束成形高功耗、高成本问题,混合数模波束成形成为重要的替代方案。本文首先阐述了毫米波混合波束成形的研究现状,而后给出了系统模型,最后介绍了信道估计、码本设计和低复杂度设计等混合波束成形的关键技术。     

矿井提升机自适应无线通信系统设计

目前,矿井提升机有线通信系统布线繁琐、检修复杂,而无线通信系统因发射功率、频率和天线辐射方向固定,存在无线通信距离有限、信号无法根据井筒形状和长度灵活覆盖、通信信号不稳定等弊端。针对上述问题,设计了一种矿井提升机自适应无线通信系统。该系统所有设备的数据均通过以太网接口输入,无线通信部分采用接收信号强度自动感知、工作频率和辐射波束自动调整的自适应天线,可以将无线摄像仪、无线电话等矿用设备进行无线互连,实现提升机、罐耳、油缸、钢丝绳及天轮等主要设施的视频监视、数据监测及语音通信。当提升机运行时,系统根据立井井筒的结构、深度与尺寸,自动调整位于井筒顶部的天线的工作参数,使得天线能够始终对准移动中的提升机,通信设备的工作频率和功率始终处于最佳状态,保证了无线信号的良好覆盖。现场应用结果表明,提升机运行时地面调度人员能够实时监视天轮、井筒、罐耳及提升机内部状况,可随时与提升机内人员通话,图像清晰,语音通信流畅,且设备功耗低。     

无人机毫米波信道建模进展和挑战

无人机毫米波通信技术结合无人机和毫米波的优势,提供高速数据传输和广域网络覆盖能力,在军用通信系统中拥有广阔的应用前景。精确的信道模型是无人机毫米波系统设计和性能评估的重要理论基础。不同于传统移动通信场景,无人机通信信道具有明显的三维传播特征,构建模型需要考虑包括三维散射空间、三维飞行轨迹及姿态、三维阵列天线和三维窄波束等多种因素。本文首先总结了无人机毫米波信道建模的新需求和挑战,并详细阐述了无线信道建模方法以及现有信道模型的研究进展,最后给出了信道建模的发展方向及关键技术,旨在为无人机毫米波信道模型的科学构建和标准化等研究提供参考。     

煤矿井巷自适应多天线理论与关键技术研究

在分析煤矿井巷无线信号传播环境特点及多天线辐射特性的基础上,提出了融合巷道波导理论和自适应阵列天线相关技术的自适应多天线技术,介绍了煤矿井巷自适应多天线的基本组成和原理,并探讨了其需进一步研究的关键技术。煤矿井巷自适应多天线可根据信道传输特征有选择地控制导引波模的数量、类型和强度,从源头上改善井下无线通信覆盖状况,提高煤矿无线通信系统性能。     

无线地下磁感应通信系统研究与实现

无线磁感应通信通过准静态磁场耦合的方式实现数据传输,可以克服传统电磁波无线通信在地下环境中信道不稳定、天线尺寸大等问题,更适用于无线地下传感器网络.针对无线地下传感网络的应用需求,本文建立了基于收发线圈的磁感应耦合式无线通信模型,分析了发射磁场的分布特点,设计了无线地下磁感应通信系统,搭建了实验测试平台.实验结果表明,该系统在地下环境中可以实现短距离的无线数据传输,通过增大收发线圈的半径和增加匝数可以延长通信距离,改善系统通信性能,为无线地下传感网络的应用提供参考.     

多天线无线传感器移动通信网络的物理层安全性能

随着第五代移动通信技术的发展,无线传感器通信网络成为学术界研究的热点,但是由于信道存在开放性、无线终端与网络构架存在移动性和多样性的特征,使得无线传感器通信网络的物理层安全成为一个亟待解决的问题,在2￣Nakagami信道下,基于Wyner窃听模型,研究了基于天线选择算法的无线传感器通信系统安全性能。针对最佳天线选择算法和次最佳 天线选择算法,分别推导了安全中断概率SOP(Secrecy Outage Probability)的精确表达式。对于最佳天线选择算法,又推导了其SOP下界的闭合表达式,然后不同条件下的安全性能,通过Monte-Carlo仿真得到了验证,通过仿真结果得出:理论值很好的拟合了Monte-Carlo仿真值,其正确性得到了验证,增加发射天线数可以很好的改善系统的SOP性能。     

无线传感器网络技术在海洋平台结构安全检测领域的应用研究

无线传感器网络能够很好地解决海洋平台结构检测中遇到的很多问题。对无线传感器网络这一无线通信中的热点领域在无线传感器网络体系构架、大规模组网技术及网络管理、环境感知技术、数据采集技术以及信息处理技术等方面进行了应用研究,以期能将该项技术应用于我国海洋平台结构的安全检测中。     

WSN多项式密钥预分配协议的设计实现

在无线传感器网络中,网络安全通信已逐步得到网络构架人员和研究人员的重视,密钥分配协议对于无线传感器网络的安全传输起着基础性作用。由于传感器网络大规模、节点资源非常受限、分布式等特点,传统的基于公钥和可信任的密钥分配中心等方式已不再实用,当前主要的传感器密钥分配协议都可认为属于预分配密钥管理协议。文中主要论述了目前比较典型的几类密钥预分配协议,并在该类协议基础上提出更高性能的多项式密钥预分配协议,随之加以实现。     

混合无线三维片网中无线路由节点分布研究

传统的片上网络都是采用金属链路连接各个路由节点,芯片上IP核的增多一方面导致了布线复杂度的增加,另一方面也导致了片上网络传输延迟和功耗的增加。由于片上微型天线的成功研制,芯片内的无线通信得以实现。无线通信具有高带宽、低延迟、低功耗的特点,使得无线片上网络(WNoC)成为传统片上网络最理想的替代方案,可以显著提高系统的性能。针对传统大规模片上网络(NoC)远距离核间多跳通信所带来的高能耗与延时问题,提出了一种8×8×4的三维混合无线片上网络架构以及针对该架构的路由算法。此外,对在混合型无线片上网络的拓扑设计中所遇到的无线节点和无线链路放置等问题进行了讨论。仿真结果表明,将无线节点放在第0层和第3层所得到的性能最好,且该拓扑结构与传统片上网络结构相比,在网络平均延迟以及网络总功耗方面取得了很大的提升。     

太赫兹技术在室内无线通信中的应用

该文通过对太赫兹通信相关器件的总结和相关信道特性的分析,调研了近年来国内外相关实验的结果,对重点实验结果做了着重描述,总结出了未来室内无线通信可能的发展方向和亟待解决的问题。太赫兹波段是介于毫米波与远红外的电磁辐射频段。室内无线局域网的高数据率传输要求通信系统运行于更高的频率以获得更大的带宽。太赫兹频率范围未受军事管制,可实现Gbit/s数据率,并且太赫兹频域不像光频受环境噪声干扰那么严重。全固态室温太赫兹器件的研究为太赫兹无线通信系统奠定了基础。已探明适于未来太赫兹室内通信系统运行的大气窗口。基于飞秒激光门控光导天线的太赫兹通信链路实现了太赫兹波载波音频信号的调制和解调。     

低空信道对无线传感器网络的影响分析

无线通信系统的性能很大程度上受到无线信道特性的影响.随着通信技术的发展,近地环境中电波传播特性的研究已成为研究无线通信系统的重要课题之一.本文在室外开阔地、天线低空架设的环境下,针对2.4GHz频段的无线信号传播特性进行了实测研究,并利用最小二乘法对数据进行了拟合分析.研究表明,地表无线信道同传统微蜂窝无线信道存在较大...     

基于漏泄电缆的井下CDMA无线覆盖技术

针对采用天线作为CDMA无线通信系统覆盖设备时存在信号绕射及穿透能力较差,在弯曲度及高低起伏大的巷道无法保证无线信号的覆盖距离及信号质量,无法随意增大矿用CDMA基站发射功率来满足无线覆盖要求的问题,提出了一种利用漏泄电缆进行井下CDMA无线信号覆盖的解决方案。该方案中,井下CDMA基站输出的射频信号通过二功分器连接到漏泄电缆,可实现巷道的无线信号覆盖。实际应用表明,采用该方案信号覆盖稳定,通信效果良好。     

一种适用于无线传感器网络的短加载螺旋天线设计

研究一种适用于无线传感器网络的短加载螺旋天线(SLH),有效提高了传感器节点天线的增益和抗干扰能力。通过有限元法进行数值仿真和设计,天线可达到较好的效果。天线工作在2.45GHz中心频率,回波损耗为-32.86dB,带宽为160MHz,最大增益为11.417dB,满足一般节点对天线的要求。测试结果显示,在不增加发射功率的情况下,短加载螺旋天线增加了通信距离,提高了无线传感器网络的覆盖能力和可靠性。     

BRT中Wlan应用优势及构架分析

该文将无线局域网同蜂窝网络(以GSM-R为例)在功能结构、利用能力、切换性透明性等方面进行比较分析,阐明WLAN应用于快速公交所具有的通信优势,并对BRT无线通信系统构架、网络安全等进行简略说明。     

有向天线的无线传感器网络病毒传播模型

采用定向感知天线模型建立基于有向天线的无线传感器网络中的病毒传播模型,通过智能监视节点广播的切换天线消息触发无线传感器网络节点使用有向天线,以研究无线传感器网络中的病毒传播。研究结果表明:使用有向天线不仅能够节约传感器节点能量,延长网络生命周期,还能够有效抑制病毒传播,减小无线传感器网络中病毒大规模爆发的风险,而且该模型适用于不同的病毒传播模型和不同结构的无线传感器网络。     

基于概率的无线传感器网络故障检测和诊断

无线传感器网络主要是以Ad Hoc方式由多个传感器组成的无线网络,在无线网络覆盖的区域中,感知和采集相关数据信息。近年来,传感器技术、嵌入式计算技术和无线通信技术快速发展,无线传感器具有良好的通信、计算和感知能力,被广泛的应用在减灾防灾、交通监测、工业控制以及军事国防等领域,具有巨大的社会价值和经济价值。     

无线传感器网络的容量研究综述

集成了传感器、微机电系统和无线通信三大技术而形成的无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术。本文介绍了有关无线传感器网络的容量研究的理论基础和研究现状，从网络模型、基本理论和主要结论等几个方面重点分析和比较了几种当前的研究思路，并主要阐述了有关多用户分集技术、中继网络和多天线波束成形技术在求解无线传感器网络的容量方面的应用。最后指明了将来的工作。