前言:寻找写作灵感?中文期刊网用心挑选的通信技术发展和应用(3篇),希望能为您的阅读和创作带来灵感,欢迎大家阅读并分享。
摘要:近年来,随着各种新技术的层出不穷,对我国各行业的发展建设都起到了重要推进作用。尤其是在通信技术方面水声技术的发展也越来越成熟,国内外对其研究也越来越重视。目前水声通信主要有以下几种方式,如OFDM、扩频以及其他方式等都是比较常见的,且随着信息技术的不断创新与发展,利用网络技术进行无线电水声通信的研发已经进入比较成熟的阶段,对于实现海洋全方位监测有着不可忽视的重要影响,下面文章就其现代水声通信技术的发展现状进行详细地分析与阐述,希望可以为相关人员提供一定的参考。
关键词:水声通信;相干通信;非相干通信
1水声通信技术的发展
早在欧美发达国家就已经将水声通信技术应用于军事和民用两方面,甚至随着计算机技术的发展,在国外一些机构组织研究中已经将计算机技术彻底融入至水声通信技术中并形成了水声通信网络化。水声技术作为海洋开发的重要技术之一,对于海洋的研究及开发有着不可忽视的重要影响。利用水声通信技术可以有效对海底各种信息的传输及数据进行精准分析,对于海洋资源的开发及运用都起到了很重要的影响。通过水声通信技术可以有规律的了解到海洋的全天候的变化和信息资料的收集,作为海洋系统之一水声通信技术的建立和水声通信网络的完善,可以为不同海洋开发客户资源提供全面的检测。甚至能够精准测出环境对海洋资源的影响和自然灾害的发生。在我国在水声通信网络计划方面还处于初级研究阶段,相信在不久的将来,同样可以结合各种先进技术,建立完善的水声通信体系。全世界很多科研机构都在对通信技术的扩展进行大量的数据研究和实验,在对如何提高系统带宽和速度传输的同时,也对其他技术进行了深入的研究。就如同水声通信技术发展至今,有两种形式被人们广泛应用于海洋监测中。一种是非相干通信技术;另一种是相干通信技术。两者在使用的过程中其原理是相同的,但也有其不同之处,如非相干通信技术,它接收抗干扰信号的能力远远要高于相干通信技术,且极易被解调,算法也比较简单并不需要知道发射机的承载频率就能够直接对其进行相位确定;而相干通信技术是必须在确定接收机发出频率之后方能对相位做出判断,虽然相干通信的结构以及算法没有非相干通信那样简便,但是它带宽利用率较高,且通信速度也较快。相关研究表明,在这两种通信技术的使用过程中,会依据不同的实际需要进行合理化的技术创新与应用,这就在很大程度上使得他们都能够发挥应用的效用。对于数据的传输以及利用率来讲都是相对较高的,在这方面也得到了理论上和技术上的突破。甚至越来越多的新技术融入其中,使得水声通信技术越来越成熟。下面就其两种技术进行详细地分析。
2非相干通信技术
在上文的论述中,我们已经清晰地了解到非相干通信技术的优缺点,但是对其原理还不是很清晰,下面就其原理进行阐述:通常情况下,非相干通信技术主要是利用频移键控和多进制频移键控进行非相干调制。这两种调制相比较传统的调制技术而言可信度和敏感度都比较精准。其最大的优点则是正在通信的过程中可靠性极高,数据传输稳定。特别是针对较远距离、环境较差的信号传输或是在接收命令时,都能第一时间做出反馈。所以在选择上可以从可靠度和数据的稳定性等两方面对其进行参考。现阶段对于非相干通信技术的应用也是进入了一个创新的阶段,研究人员发现如果是针对低码率、高可靠性的数据传输且满足在水下航行而获得数据,就要采取此种技术。因为在水声通信技术中,这种技术能够精准的对其数据传输做出判断。
3相干通信技术
相干通信技术主要针对非相干通信技术而言,它主要是靠相移键调试来确定水声通信传输的具体位置。其中常见的几种技术主要有:相移键控;差分相移键控;派生相干调制等。在进行通信信号解调时,必须对通信发射机的相位及幅度进行精准定位后,方能做出判断。否则就会导致数据传输错误。目前,相干通信的解调方法有:自适应线性均衡、自适应决策反馈均衡(DFE)以及最大似然序列估计和最小均方信道估计的联合处理。在严重的多途时延扩展(通常为几十至几百个码元周期)、快速的信道起伏与严重的频率选择性衰落条件下,可以说DFE是迄今在水下应用中最为成功的一种解调技术。实验表明,无论信道特性如何,DFE均衡器在各种水声信道都显示出满意的性能。虽然相干通信技术对其通信数据传输的相位要求比较精准,但它能够大大减少噪音在传输过程中对其距离产生的影响,甚至是信号的影响。这就大大提高了数据的可靠性。尤其是在高速传输过程中,通常情况下会与自适应均衡技术相结合共同测试出数据的传输距离和减少噪音对其数据调制的影响,通过实验表明,此种技术的发展在水声通信技术中也是较为广泛被使用的。尤其是近年来,我国水声通信技术的不断创新与发展,在很大程度上对水下数据高速度传输的要求越来越精准,甚至在一些移动通信技术方面都要求采用正交频分复用技术、多输入多输出等技术。这种技术的抗干扰性比较明显且频谱利用率较高,对于提高信道容量,抗体干扰性、降低误差率有着积极的重要作用。在未来水声通信技术的发展过程中,还要将其两者很好的结合,综合两者的优点进行技术上的创新,这样也是为了使得两者能够充分发挥其优点。更好地推动我国现代水声通信技术的发展,提高信息获取的准确度。
4水声通信方式的选择
(1)从通信系统性能角度来看,如果抗噪声性能是主要因素,一般选择PSK信号;如果带宽是主要因素,一般选择多进制PSK,FSK不可取;(2)从通信系统设备复杂度来看,在发射端,使用PSK以及FSK调制方式的发射设备复杂度差异不大;在接收端,一般相干解调时的接收设备比非相干解调的接收设备要复杂;(3)从信道限制性来看,信道可分为功率受限和带宽受限两种。当基于能量检测而不是相位检测时,系统在声学信道时间和频率扩展上的性能更佳。为使传输更可靠,对于多途传播所引起的信号衰减,经常将调制方法与信道编码方法结合使用。编码的作用就是以冗余方式传输信息———通过不同的子频带发送信息(频率分集)或重复发送信息(时间分集)。采用上述两种方式,使所有子频带在同一时间或全部到达时间产生破坏相干性不太可能。显然,频率分集减少了带宽,时间分集导致传输时间增加。在两种情况下,编码的结果都是降低了数据传输率。
5水声通信系统的设计
水声通信系统相比较其他系统设计而言,是一项比较复杂的作业。因受客观环境因素的影响,水声通信系统是在一个相对比较复杂的环境下进行设计,对其信号带宽、抗干扰性、接收强度都有较高的要求。一般情况下要对水声通信系统的复杂性、多变性、高噪音和有限的使用带宽进行充分的研究与分析。考虑水声通信的复杂特征,进行信号的加强设计和提高扩展频道的时域性。从某种角度上来讲,影响水声通信稳定性的因素较多,如声传播损失和海水吸收损失造成的水声信道带宽受限、多途传播造成的码间干扰和多普勒效应引起的频移,所以提高带宽效率、抑制多途效应、补偿多普勒频移,达到远距离、高速可靠的数据传输无疑是水声通信系统中最富有挑战性的任务。水声通信系统的性能,通常用误码率和数据率指标来衡量。对于水声通信系统的设计,同时要求高数据率和低误码率是矛盾的。所以要保证水声通信的质量,实质上就是在保持所需数据率的前提下,尽量降低传输误码率。不同的传输信号对水声通信系统的性能指标有不同的需求,因此设计水声通信系统应根据系统需要和实际情况综合考虑。误码率与信噪比、信道模式和不同类型的调制方式有关。在设计通信系统时,根据声学信道的特点可以计算出接收信号的信噪比。目前,对抗多途效应可采用如下技术:(1)利用避免多途效应的调制技术。信号体制一般首选非相干或者差分相干解调,因为信道本身以及接收器和发送器的运动会引起相位的不稳定;还可以使用扩频技术来解决和对抗多途效应。(2)使用具有高度指向性的收发器阵列。通过使用非常窄的发射波束,来保证只存在单一传播路径。采用这种方法一般能够获得20~30dB的定向增益,但需要非常大的阵列。为避免采用大阵列,可使用参数化声源,但这种声源的局限性在于功率要求高。在接收器端采用波束形成处理,可以提取直接路径信号分量,抑制不需要的多途信号,但该方法较适合短程通信链接。(3)多信道均衡方法。使用保护时间和扩频技术的两种信号设计方法都是以牺牲可用带宽为代价来抑制码间干扰的,而均衡技术则不但能够提供带宽效率高的通信,还能给出独立波动的各传播路径的分集。阵列处理和均衡处理可以结合在同一个空间分集的多信道均衡器中,而不是先通过阵列处理消除多途效应然后再进行均衡。新一代高速水声通信系统将基于多信道均衡方法。
6结束语
近年来,随着通信技术的不断创新与发展,在很多领域都得到了较好的发展,其通信质量和数据传输速度也有了明显了提高。从某种意义上来讲,水声通信技术将在未来通信工程建设中获得较大的发展空间,将带动相关产品的快速发展。总而言之,随着各种新技术的层出不穷,技术上将越来越成熟,传统通信技术在技术创新上存在的不足将得到很好的改善。我们有理由相信,水声通信技术的发展将对航海事业的发展有着不可忽视的重要影响。
参考文献:
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[5]巩巍.浅谈通信工程传输技术的应用与未来发展[J].黑龙江科技信息,2012(23).
[6]胡凯.浅谈水声通信及相关技术应用[J].数字技术与应用,2017.
作者:李鹏 单位:中国人民解放军91439部队
第二篇:计算机通信技术发展和应用
摘要:科学技术的不断发展对社会的发展产生了较为深刻的影响,人们正在步入全面信息化时代,在新的时代背景下,计算机通信技术成为各种新型技术的核心内容,同样也获得了快速的发展。基于此,对新时代背景下,计算机通信技术的发展和相关应用进行了分析和探究,以期为新时代计算机通信技术应用提供一定的参考。
关键词:新时代;计算机;通信技术
目前,计算机已成为新时代人们交流沟通的主要工具和技术,新时代背景下的计算机通信技术已打破了传统通信技术的局限性,通信不再受制于机房内的互联设备,在扩展通信交流范围方面凸显了重要的效能。新时代背景下计算机通信技术还具有较强的信息处理能力和存储记忆能力,促使通信交流更加灵活多样。可以说新时代背景下计算机通信技术正在逐渐改变着人们的生产和生活方式。
1新时代背景下计算机通信技术的基本内容阐述
1.1计算机通信技术的内涵
新时代背景下的计算机通信技术是新型计算机技术与通信技术的有效融合,其内涵主要是通过数据通信的方式,利用计算机之间的相互信息传递方式来进行数据、信号和信息的传递[1]。与传统通信技术相比,新时代背景下的计算机通信技术具有很强的信息处理能力和记忆存储能力,而且操作简单、便捷,在人们的生产与生活中发挥着十分重要的作用。例如,现代办公系统、信息处理系统等都是依赖于计算机通信技术发展起来的。根据通信传输连接方式可以将计算机通信技术分为直接式通信技术和间接式通信技术,根据通信覆盖广度可以将其分为局域式通信、广域式通信和城域式通信三种类型。计算机通信技术能够有效满足人与人之间的远距离信息化传输需求,通常情况下,计算机通信技术作用主要是通过多台计算机设备的线路与通信网络连接来实现网络资源共享和信息数据传输的[2]。
1.2计算机通信技术的优势
新时代背景下计算机通信技术的优势主要集中表现在以下几个方面。首先是适用范围广。计算机通信技术具有多种类型的通信传输方式,其中二值信号是适用性较强的一种信号传输方式,利用它能够传输和再现语言、文字、图像等多种形式的信号,从而实现了视频聊天、语音电话和邮件信息传递等多种功能[3]。其次是防干扰能力较强。作为计算机通信技术的数据信号形式,二进制的信号表现形式具有很强的抗干扰能力,具有传输速度快、便于噪音处理操作的优势。最后是传输效率较高,数字信息是计算机通信技术传输信息的主要方式,一般情况下,模拟信息传输速度能够达到1.8亿个字符/分钟,而数字传输的这一参数则达到了48亿个字符/分钟,传输效率高。同时,较短的等待时间也是计算机通信技术的主要优势,一般情况下载1s之内能够完成1/4的数据传输,等待时间短。
2新时代背景下计算机通信技术的发展现状分析
新时代背景下计算机通信技术的发展现状主要集中体现在以下几个方面。
2.1微电子技术的发展现状
计算机通信技术在微电子技术中的应用相对比较早,取得的发展效果和成就也是比较突出的,在多媒体通信领域中的应用也比较早。从目前技术发展的时机来看,计算机通信技术在微电子方面的应用主要是通过简单的通信程序以及速率较高的分组交换设备来实现的。并且通信的高速分组交换技术主要包括异步传输模式和帧中继技术两种,其中前者主要被应用在局域网通信传输和广域网通信传输中,该种技术具有分组交换的特点和高宽带、速度快的优势,能够在数据、语音、图像等信号传输方面发挥重要作用。而后者则更多地被应用在局域网的互联信息传递和图像传送领域,这主要是因为该种技术具有低误码率的特点,能够有效节约节点处理时间。随着计算机通信技术的不断发展,微电子技术的应用将进一步深入。
2.2光纤通信技术的发展现状
光纤通信技术在提高新时代计算机通信技术传输效率和传输性能方面发挥了十分重要的作用。网络技术的发展和数据通信速度的提高,使得网络技术发展中出现了新型的分布式数据接口,这种分布式数据接口具有传输速率高、可靠性好的特点,并且能够实现远距离的高效信息传输。由于这种分布式数据接口在计算机通信技术中的应用,需要利用光纤通信技术,提升原本的局域网传输速度。另外,光纤通信技术在计算机通信中的应用还能够有效处理城域网通信和局域网通信存在的一些传输信号抗干扰能力弱、信号差等问题。同时,分布式接口还具有较为完整的国际化标准体系,这也是计算机通信技术的一个重要优势所在。
3新时代背景下计算机通信技术的应用现状分析
新时代背景下计算机通信技术的应用现状主要集中体现在以下几个方面。
3.1在多媒体技术领域中的应用现状
将计算机通信技术应用到多媒体技术领域中,能够有效促使多媒体技术朝着多媒体通信技术的方向不断发展。利用计算机通信技术采集多媒体信息能够发挥多媒体技术的优势和计算机通信技术的优势,实现多媒体信息的采集、处理和存储的一体式技术处理。计算机通信技术在多媒体技术领域中的应用,有效打破了多媒体技术在传统工业发展中的局限,将数据传输、语音通话和视频对讲等内容融合,实现了多媒体通信技术的发展,促使多个领域产生了变革。比如,通过远程教学能够提高教育质量、创新教学模式,有助于教学公平和信息化的实现。又如网络视频改变了影音产业发展格局,网络电视的发展具有非常广阔的前景等等。
3.2在远程信息通信领域中的应用现状
上文提到,随着新时代计算机通信技术应用范围的不断扩大,人们的生活方式变得更加丰富多彩。计算机通信技术促使人们利用电脑、手机等进行网络连接,从而有效实现了实时的远程通信。QQ、微信等即时通信方式的发展得益于计算机通信技术在远程通信中的应用,这种技术应用不仅能够便于人们交流沟通,而且对社会的发展产生了深刻的影响,例如,很多的公司已开始实行在家办公。同样的,以此为技术支持的网络购物更是对经济结构和经济形式产生了深刻影响。
3.3在无线通信技术领域中的应用现状
无线通信技术已在新时代得到了应用,无线通信技术的核心理念就是信息不受时间和空间限制。滴滴打车、美团外卖、摩拜单车以及各种无人网络销售点的出现是计算机通信技术在无线通信技术领域中的应用体现,这些深刻影响着人们的生活,成为人们关注的热点。
4结语
新时代背景下计算机通信技术以其独有的技术优势在多媒体领域、无线通信领域和远程通信领域中得到了广泛的应用,随着微电子技术和光纤通信技术的进一步融合应用,计算机通信技术的优势将得到进一步发挥,为新时代的全面发展提供可靠的现代技术支持。
参考文献
[1]李木新.互联网时代背景下计算机通信技术发展与应用探析[J].科技风,2017(3):73.
[2]张涛.新时代背景下计算机通信技术发展与应用探析[J].信息系统工程,2016(11):28.
[3]蔡雯.新时代背景下计算机通信技术发展与应用探析[J].中国新通信,2016,18(12):90.
作者:陈栋 单位:南京邮电大学通达学院
第三篇:物联网无线通信技术应用
摘要:文章分别介绍了物联网无线通信技术中的短距离通信技术RF433/315M,ZigBee,WiFi,蓝牙,Z-wave,IPv6/6LoWPAN以及广域网通信技术中的NB-IoT和LoRa,并分析了每类通信技术的特点及应用场景。
关键词:短距离通信技术;广域网通信技术;ZigBee;Z-Wave;NB-IoT;LoRa
1物联网概念
“物联网”概念在1999年美国麻省理工学院首次被提出,随着物联网技术的不断发展,物联网的概念也随之更新,当前主要是指信息和物理设备的融合,把物体和事件通过信息表达,在物与物之间实现信息交互,实现物体的识别、实时定位与管理。从功能的角度分析,物联网是一个具有感知、互联、计算和控制能力的信息系统。从功能角度抽取的物联网体系结构一般包含物联网从感知、传输、处理和执行等部件[1]。
2物联网无线通信技术及应用场景
物联网最初是指设备之间的数据传输,解决物与物相联,采用的是有线方式,比如RS323,RS485,考虑设备的位置可移动的方便性,后期更多采用无线方式。物联网的无线通信技术很多,主要有两类:一是短距离通信技术包括无线RF433/315M,ZigBee,WiFi,蓝牙,Z-wave,IPv6/6LoWPAN等;另一类是低功耗广域网(LowPowerWideAreaNetwork,LPWAN),即广域网通信技术。包括NB-IoT和LoRa等。
2.1RF433/315M
无线收发模组,采用射频技术,工作在ISM频段(433/315MHz),包含发射器和接收器,频率相对稳定,数据传输速率在1~128kbps之间,一般选用GFSK的调制方式,具有比较强的抗干扰性能。主要应用集中在汽车、医药、食品、交通运输、能源、军工、动物管理以及人事管理等各领域。具体应用项目包括无线抄表系统、无线路灯控制系统、铁路通信、航模无线遥控、无线安防报警、家居电器控制、工业无线数据采集等。
2.2WiFi
基于符合IEEE802.11标准的无线局域网,是有线局域网的无线延伸。WiFi只需要一个无线接入点就能组成无线局域网络,实现简单,成本低廉。WiFi具有速度较快的优点,无需网桥设备可以直接接入互联网,而且支持与手机进行数据通信,但WiFi芯片的封装尺寸偏大,功耗较高,不利于大范围使用。WiFi技术应用已经从家庭的网络设备向传统的医疗保健、库存管理、教育等领域扩展。
2.3蓝牙(Bluetooth)
主要应用频段在2.4~2.485GHz的ISM波段的特高频无线电波(UltraHighFrequency,UHF)频段是基于数据包、依据主从架构的无线通信技术标准,可以实现固定设备、移动设备和局域网之间的短距信息传输。蓝牙可以利用跳频技术将数据分割成数据包,通过不同的蓝牙频道传输数据包。不同频道的频宽为1MHz,蓝牙4.0不同频段间隔为2MHz,可容纳40个频段。蓝牙在近距离无线传输具有很大优势,主要应用于鼠标、键盘、耳机等近距离数据传输的可穿戴设备。
2.4ZigBee
是基于IEEE802.15.4标准的低速、短距离、低功耗、双向无线通信技术的局域网通信协议,又称紫蜂协议[2]。ZigBee具有近距离、低复杂度、自组织(自配置、自修复、自管理)、低功耗、低数据速率的特点,由物理层、媒体访问控制层(MediaAccessControlLayer,MAC)、传输层、网络层、应用层组成。物理层和媒体访问控制层依据IEEE802.15.4标准,主要应用于传感控制应用。ZigBee的蜂窝式的传输模式,具有数据转发功能,主要用于可视距离的传输,适用室外空旷场所。ZigBee3.0技术整合了此前ZigBeePro一些应用场景,包括家庭电器、建筑物自动化、LED照明、医疗看护、零售、智慧能源等方面。
2.5Z-Wave
是由丹麦公司Zensys开发的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、可用于网络的近距离无线通信技术,利用FSK(BFSK/GFSK)等调制方式,可以实现9.6~40kb/s的数据传输速率,信号可以在室内传输30m,室外可大于100m,适用于窄宽带应用场景。Z-Wave利用动态路由技术,使得每个Z-Wave网络都有自己的网络地址;网络内每个节点的地址,由控制节点分配。每个网络最多可以容纳232个节点,包括控制节点。Zensys提供Windows开发用的动态链接库(DynamicallyLinkedLibrary,DLL),开发者利用该DLL内的API函数来进行PC软件设计[3]。利用Z-Wave技术搭建的无线近距离网络,不仅可以实现对家电的遥控,甚至可以通过广域网对Z-Wave网络中的设备进行控制。
2.6IPv6/6LoWPAN
符合IPv6overIEEE802.15.4标准的低速无线局域网,IEEE802.15.4标准主要用于开发靠电池运行小型低功率廉价传感器设备。该标准使用2.4GHz频段的无线收发设备传送数据,使用的频率与WiFi相同,但发射功率只有WiFi的1%。6LoWPAN通信技术使各种低功率无线设备能够融入IP家庭网络中,并同时可以与WiFi、以太网以及其他类型的设备工作在同一网络中;6LoWPAN技术的低功耗、自组织网络的特点,在物联网感知层、无线传感器网络得到了广泛的应用。
2.7LoRa
LoRa由美国Semtech公司支持的基于扩频技术的超远距离物联网无线通信技术。它使用线性调频扩频调制技术,既具有低功耗特性,又明显增加通信距离,同时也提高了网络效率并消除了干扰,即不同扩频序列的终端即使使用相同的频率同时发送也不会相互干扰,因此在此基础上研发的集中器/网关(Concentrator/Gateway)能够并行接收并处理多个节点的数据,大大扩展了系统容量[4]。LoRa主要使用免费的非授权频段,并且是异步通信协议,具有功耗低、成本低廉的特点。LoRa网络包括终端设备、网关、服务器组成,数据可以进行双向传输,传输距离最远可以达到15~20km。LoRa技术具有得低功耗、大范围覆盖、易于部署的优点,这使其非常适用于功耗低、远距离、大规模等的物联网应用场景,例如智能抄表系统、智慧停车、车辆定位追踪、智慧农业、智慧工业、智慧城市等领域。
2.8NB-IOT
窄带物联网(NarrowBandInternetofThings,NB-IoT)是由3GPP标准化组织定义的一种技术标准,是一种专为物联网设计的窄带射频技术。NB-IoT使用了授权频段,有3种部署方式:独立部署、保护带部署、带内部署。移动网络的信号覆盖范围取决于基站密度和链路预算。NB-IoT具有164dB的链路预算,GPRS的链路预算有144dB(TR45.820),LTE是142.7dB(TR36.888)。与GPRS和LTE相比,NB-IoT链路预算有20dB的提升,开阔环境信号覆盖范围可以增加7倍。20dB相当于信号穿透建筑外壁发生的损失,NB-IoT室内环境的信号覆盖相对要好。一般,NB-IoT的通信距离是15km。NB-IoT技术包含五大主要应用场景,包括位置跟踪、环境监测、智能泊车、远程抄表、畜牧业。
3结语
物联网是一个多样化的网络,方案的设计要综合考虑带宽、覆盖范围、网络容量、可靠性、电池寿命、成本、交互频率和扩展性等因素,才能最终形成设计方案。各技术之间并不是完全排斥的,互补共存要远远大于替代,低功耗广域网络和局域网络技术形成的互补共存在物联网中有多种体现方式,包括对原有解决方案的扩展、增加生存周期的能力。当前多种物联网无线通信技术标准都有其各自的应用场景,这也是物联网各种无线通信技术发展的必然过程。
[参考文献]
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[3]彭建华,王新.ZigBee与Z-Wave通信技术比较研究[J].山西电子技术,2012(4):62-64.
[4]郑宁,杨曦,吴双力.低功耗广域网综述[J].信息通信技术,2012(2):47.
作者:许杰 单位:中国人民解放军93886部队