时间：2023-03-07 15:01:03
导语：在无线通信论文的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
认知无线电用户必须不能干扰首要用户（频谱授权用户）的正常工作，要保证首要用户的可靠性通信，同时也要保证认知无线电用户通信的可靠性，这就需要认知无线电控制发射功率，同时具有灵敏的频谱空穴检测能力和快速切换频段的能力。通信的高可靠性是认知无线电要实现的另一个目标。认知无线电这些特点有利于频谱资源智能、高效、充分的利用，也是其区别于其他无线电技术的重要特征。
二、认知无线电与宽带无线通信系统的融合
认知无线电的关键技术有：频谱监测技术，自适应频谱资源分配技术、自适应调制解调技术等。宽带无线技术主要有正交频分复用技术（OFDM）、多输入多输出技术(MIMO)、HARQ技术和AMC技术等。认知无线电与宽带无线通信系统的融合最主要的就是自适应频谱资源分配技术和正交频分复用技术结合、并辅以其它相关技术。OFDM系统是目前公认的比较容易实现频谱资源控制的传输方式。该调制方式可以通过频率的组合或裁剪实现频谱资源的充分利用，其与自适应技术相结合，除了在传统的时间域上自适应外，还更容易利用多载波的频率域，可以灵活控制和分配频谱、时间、功率等资源，在结合MIMO系统的空间资源，根据用户在不同的位置的不同传输条件，感知环境并且适应环境，并不断地跟踪环境的变化，以合理利用资源、提高系统容量。自适应频谱资源分配的关键技术主要有:载波分配技术、子载波功率控制技术、多天线层资源分配算法和复合自适应传输技术。
(1)载波分配技术。CR具有感知无线环境的能力。子载波分配就是根据用户的业务和服务质量要求，分配一定数量的频率资源。检测到的宽带资源是不确定的，随时间、空间、移动速度等变化。OFDM系统具有裁剪功能，通过子载波的分配，即在频段内对于用户来说，信干噪比(SINR)较高的不规律和不连续子载波的频谱资源进行整合，按照一定的公平原则将频谱资源分配给不同的用户，确定每个子载波传输的比特数量，选取相应的调制方式，实现资源的合理分配和利用。
(2)子载波功率控制技术。由于分配给用户的功率和子载波数一般是成比例的，功率控制算法在经典的“注水”算法的基础上，有一系列的派生算法。这些算法追求的是功率控制的完备性和收敛性，既要不造成干扰又要使认知无线电有较好的通过率，且达到实时性的要求。事实上功率控制算法和子载波分配算法是密不可分的。这是因为在判断某子载波是否可以使用时，就要对现状(空间距离、衰落)做出判断，同时还需要计算出可分配的功率大小，对于一个用户如果速率一定，如子载波数目增加所需的功率就会下降。
三、结语
1．1时变多径信道模型在矿井巷道环境下，障碍物对电磁波进行反射、散射和折射，使电磁波在巷道内形成复杂的多径传播，同时，工作人员及设备的移动作业，导致产生多普勒频移，使巷道内的多径信道具有时变性。因此，矿井巷道信道是具有时变特性的复杂多径信道。因此，将相位分量视为常数是不够准确的［10］。本文将相位分量建模为时间的变量，将信道冲激响应定义为。
1．2仿真分析采用MATLAB仿真工具，对矿井巷道时变多径信道模型自相关函数仿真。图1描述了传统信道模型，带宽为500Hz和1000Hz的时变多径信道模型下接收信号的自相关谱，其中，横坐标表示延时，纵坐标表示自相关函数。分析发现，时变多径信道模型与实际接收信号自相关谱较为符合，此信道模型适合矿井无线通信。
2系统性能分析
根据多径时变信道模型，假设接收天线总功率与发射总功率相等，且等于Pe，信道噪声是加性白高斯噪声，每根接收天线的噪声功率为σ2，则信噪比SNR:ξ=Pe/σ2。
2．1系统容量分析实际的无线信道是时变的，受到衰落的影响。对于单天线系统，即单输入单输出(SISO)系统的信道容量可用下式计算。图2给出了单输入单输出(SISO)系统和多输入单输出(MISO)系统的信道容量与发射天线数目之间关系的仿真结果，横坐标表示信道容量，纵坐标表示概率。其中，仿真参数设定为信噪比10dB，迭代次数为1000，接收天线为1，发射天线数目分别为1，2，3。仿真结果表明，SISO系统信道容量最小，发射天线数目从1依次增加时，信道容量也依次增加。图3给出了MIMO系统的信道容量与发射天线数目之间关系的仿真结果，横坐标表示信道容量，纵坐标表示概率。其中，仿真参数的设定同上，发射天线数目分别为2，3，4，接收天线对应为2，3，4。从仿真结果可以看出，MIMO系统信道容量随着收发天线数目的增加而增加。对比图2与图3发现，MIMO系统的信道容量显然比SISO系统的信道容量有了较大增加。
2．2误码率分析令xm(l)表示第m根天线的第l个子载波上的发射信号(l=0，…，L－1)，经历时变多径衰落信道传输和FFT变换后，在t时刻第n根接收天线的第l个子载波上得到的信号yn(t)可由下式得到。采用MATLAB对MIMO－OFDM系统在不同天线数目下进行误码率性能对比，具体实验流程如下:1)初始化过程。给定发射信号及时变多径衰落信道的冲激响应初始值。接收端采用最小均方误差(MMSE)检测算法。2)确定接收信号过程。输入数据经过串/并转换、空时编码、IFFT变换并添加循环前缀后经时变多径衰落信道到达接收方，根据式(5)确定接收信号形式。3)对接收信号去除循环前缀、FFT变换、空时译码及并/串变换后，计算MMSE检测加权矩阵，并进一步得到MMSE判决数据。4)误码率计算过程。根据数据检测与判决结果，与初始输入数据对比，计算系统误码率。基于上述分析与描述，设置的仿真参数如表1所示。仿真在收发天线数目相等的情况下进行，天线数目分别为1，2，3，多径数目假设为2，接收端采用MMSE检测。图4给出了收发天线数目相等，不同天线数目情况下的MIMO－OFDM系统的误码率性能，其中，横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。从仿真结果可以看出，随着收发天线数目的依次递增，从1增加到3，在BER为0．02处，天线数目选取3相对于选取数目2和1分别有4dB和9．6dB的增益，系统的误码率依次下降且抗多径衰落的能力依次增强。图5反映的是多径对MIMO－OFDM系统性能的影响。图中，横坐标表示信噪比，纵坐标表示误码率。这里假设发射天线数目为2，接收天线数目为2，接收端采用MMSE检测，多径数目取2，4，6。分析发现，随着多径数目的递增，在BER为0．02处，多径数目选取6相对于选取数目4和2分别有4．3dB和9．7dB的增益，给定一定的信噪比值，误码率随着多径数目的递增而递减，此结果与MIMO－OFDM技术对抗多径衰落相符，是一种更适合于矿井巷道通信的无线技术。
3结束语
本专题想要设计一套注重安全性的电梯管理系统，借助ZigBee技术，让管理人员能够随时监控电梯故障所在，以随时进行安全管理。ZigBee具有许多优点，包括可以实现多跳路由和资料发送的网格协定、安全规格和针对应用层互通性的整套参数设置，ZigBee针对微控器应用开发人员提供了管理网络以及连接其他节点的更高抽象层次。因此，基于ZigBee的无线通讯协定被广泛应用作为无线网络传感器（WSN）系统的通讯标准，而这在电梯安全管控中，更是得到了十分广泛的应用。另外，由于微软针对.NET技术的发表，使基于因特网的网络应用得到蓬勃的发展，利用技术，网页程序的设计从单纯的信息传递与浏览，也扩展到电梯安全运行监控中应用。
2基于ZigBee技术的电梯安全监控系统设计的规划
2.1系统的硬件规划
在硬件规划方面，文章以ZigBee无线微控器与电梯的管理做结合，依此建构低成本的电梯信息管理与监控系统，通过无线模块，管理者可以有效取得电梯运行的信息，其中实体的硬件架构规划上，无线控制器采用TI的ZigBee-CC2430模块。CC2430微控器，它是由TI公司收购无线单片机公司CHIPCON后推出的ZigBee无线单晶片，而CC2430也是一个真正符合IEEE802.15.4标准的晶片系统，ZigBee-CC2430除了包括RF收发器外，还内建加强型8051MCU、32／64／128KB的Flash、8KB的RAM以及ADC、DMA等。CC2430可工作在2.4GHz频段，2.4G频段为所谓的ISM频段，为专门提供给工业、科学与医学使用的免费频段，此外，CC2430采用低电压（2.0～3.6V）供电，且功耗很低（接收数据时为27mA，发送数据时为25mA），最大传送速率为250kbps。本系统通过无线模块CC2430的结合，可减少电路元件的使用，对于开发低功耗的无线相关产品有很大的帮助。系统的Master端与Client端之间使用2.4GHz无线通讯模块ZigBee-CC2430作为彼此连线的传输界面，Master端的无线微控器模块一方面以无线通讯的方式接收来自Client端的信息；另一方面则通过RS-232与电脑串列通讯埠连接，再经由程序的设计，PC端便可取得输出入的信息。至于Client端则以无线传输的方式周期性发送电梯运行信息给Master端。对于用户端而言，主要是要通过浏览器，经因特网取得电梯信息或进行电梯系统的管理（系统管理者）。
2.2系统软件设计规划
首先，用户端（可以是驾驶人员，也可以是系统管理者）可以使用任何可上网的装置（如智能型手机、PDA或电脑）连上服务器，电梯乘客可以通过网页查看目前电梯是否安全运行，而管理者则可经用户端浏览页面里的验证身份（帐号密码）登入至服务器管理者页面监控目前电梯状况、设定、查看资料等。因此，软件设计分成三个部分：无线通讯部分、伺服端的PC监控系统及伺服端的网络浏览程序。
以下针对各部分的软件设计的功能与内容分别加以说明：一是在无线通讯设计方面。Master无线模块的主要功能为收集各个Client端（电梯运行端）的电梯运行信息，由于每个Client端的无线模块均设定了唯一的ID，因此，Master端的无线模块可以将具备ID的Client端信息送至PC加以处理。至于Client端无线模块的功能则是周期性的将电梯运行的即时电梯运行状态送至Master端。Master端也可以看成是一个无线的服务器，它能与多个Client端连线。Master端在启动后会进入待机状态，若Client端发送信息时，便会将所收到的数值传回PC端作监控。二是在服务器端监控设计方面。PC端的功能为电梯的资料汇整处理与监控，无论是电梯是否安全运行，都通过PC端进行监控，并将所取得的信息存入资料库中。此外，监控端还设计了其他实用功能。各功能简单说明如下：（1）趋势图：该功能让管理者查询到在一日、一周、一年所进出的电梯运行状况。（2）安全隐患明细表：该功能可以让管理者查询电梯安全隐患出现的时间与对应的原因。（3）故障查询：该功能是让管理者得知是否存在故障。三是在伺服端的网页浏览程序设计方面。该部分设计是要使管理者通过浏览页面呈现目前电梯的即时状况，网页的基本信息包括：Master端CC2430目前连线PC端状况、电梯安全状况、乘客数量显示。使用者通过服务器上的网页浏览程序直接读取资料库的内容，以呈现电梯的即时状况，其中呈现的页面以每秒扫描的方式进行资料的更新。浏览程序设计也结合AJAX控制项，该控制项的主要功能为在扫描更新电梯信息时，不会产生因刷新整个网页画面造成的闪烁情况，提供较舒适的网页阅读环境。另一方面，为区分网页提供的功能，另增设身份验证登入，除一般用户可获得电梯信息外，管理者则可直接在网页上进行日期方式读取资料库档案及搜寻范围等。
3结束语
GPRS它是利用分封交换的概念方式演变出的一套无线传输方式。在具体应用中将Date分装成许多个独立的封包，然后再将这些封包传送出去。根据现在的使用情况，GPRS大多数被使用在GSM网络上，它是开通的一种全新的分组数据传输业务，除此之外，它还可以提供系列式的交互式业务服务，但是服务各有不同，侧重点也不同。表1给出的是GPRS与其他无线方式服务的应用对比。
2GPRS通信服务器关键技术及终端
在实际的应用中，GPRS通信服务器的一侧是和电能量采集系统通过串行的方式进行连接的，而它的另一侧就是与GPRS网络采用普通的网络连接方式进行连接。通过实际应用，GPRS终端接收时来自GPRS网络的数据包，同时还要负责接收电能表的RS232串行数据流，再次转换成数据包，然后依次通过网络发送到通信中心的服务器。图1所表示的是符合实际网路安全的GPRS网络通信示意图。
3GPRS无线通信技术在自动抄表时的应用
下面根据笔者自身的工作情况，将GPRS无线通信技术在电力系统中自动抄表时的应用做以阐述分析。
3.1系统的设计
实际上，GPRS无线通信技术在自动抄表系统时是由电表数据采集部分、GPRS无线数据传输终端、电力局的配电数据中心这三大部分组成，具体如图2所示。在工作中，电表数据是先通过中国移动的GPRS/GSM网络进行传输，然后居民小区内的所有电表要连到电表集中器，电表数据再经过协议封装后依次发送到中国移动的GPRS数据网络，最后实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。
3.2系统的功能
这个系统的建立对远程实现自动抄表起到很大的作用。因为他具备了系统设置、数据采集、资料录入、自动报警等功能板块。在系统设置上完成了系统网络的建立和初始参数设置；在数据采集方面它能实现广播抄表点抄单表、零点抄表和实时点抄等。而它的系统维护保障了日志年、月、日的查询、系统通讯和定时操作的设置、数据安全备份维护等。
3.3系统的应用
这个的应用主要用到的电表有三相有功无功多功能表。并具有功正、反向分时电量；无功四象限分时电量及无功正、反向分时最大需量及发生时间等。在形式的表现上可以自动实现自动抄表、定时上报、实时查询；在告警功能方面可以实现开箱告警、逆相告警、过流告警等其他功能。
4结语
[论文摘要]雷雨频繁季节，防雷成为无线通信台站的一项重要任务，认真做好系统接地工作在无线通信设备防雷避雷中具有重要意义。针对无线通信系统最基础的接地工作，分析和探讨通信防雷工作、减少通信机意外故障因素。
随着无线通信系统的自动化装备越来越先进，设备电路的精密集成度日益提高。感应雷电及雷电电磁脉冲的入侵很容易损坏相应的电子、电气设施，加之无线通信设备自有的室外天线和电缆馈线等的，感应雷击的危害明显增加，仅靠避雷针已远远不能满足无线通信台站设备的防雷实际需求，因此，对系统工作地和保护地的要求更加严格，必须从细节抓起、从源头治理、全方位着手，在抓好系统接地工作的基础上，对台站设备实施综合防雷工程。要对设备防雷要认真规划、设计、施工，设备接地工作必须严格要求、高度重视，务必做到系统接地关即：连线坚固、地网可靠、泄流畅通，总的来说，在一个工作区域内，尽量将邻近的机房、铁塔、天线、变压器、配电柜、通信电缆统筹考虑，按均压、等电位的原理把工作地、保护地和防雷地组成一个联合接地网，台站内各类接地线应从接地汇集线或接地网上分别引入，扩大地网范围，增强整体防雷能力。
一、无线通信防直接雷的接地工作
对于防直接雷袭击，我们一般主要采用避雷针、避雷带、避雷网等传统避雷装置，只要设计规范，安装合理，这些避雷设施便能对直接雷进行有效的防御，这种方法经济、简单，但要注意，避雷针应当装在高于天线尖端数米，避雷针与天线之间应有一定的间隔，以防止由于避雷针的存在而损坏天线的辐射图形影响通信效果。一般的做法是避雷针成为天线塔体的主杆，通信天线装在避雷针外线大约1.5个波长以外。由于避雷针带接触雷击的强度较大、范围较广，首先要确保其具有良好的电流泻放通道，主要接地标准应做到：
1、避雷地线的直流通路的电阻要求足够低，一般为10—500，小于50最佳，由于雷电浪涌电流较大，频谱较宽且持续时间短，因此要求必须有尽量小的电感量。
2、地线不能用扁平编织线或绞合线，因为这种线电感较大，不利于泄放雷击电流，且容易被腐蚀。要尽可能使用3mm以上的实心导线，且最好是相同的金属材料。
3、为了增大地表层的泄放面积，可采用埋设有一定间隔的多根接地体，且相互焊接。如在建筑物的四周以1至2米的间隔埋上10根左右的铜管，并把它们焊接起来。
接地体宜采用热镀锌钢材，其规格要求如下：
钢管φ50mm壁厚不应小于3.5mm。角钢不应小于50mm×500mm×5mm。扁钢不应小于40mm×4mm。
但由于无线通信台站的环境条件不一，其地网往往难以组成沿房屋四周封闭式的环形地网，所以对地网组成方式给予了灵活考虑，但机房工作地、保护地、铁塔防雷地三者应共同地网，且要求铁塔与建筑物连通(含地下、楼顶)，有困难时也要确保楼顶避雷带与铁塔地网连通。对于地处市郊、多雷区(年雷暴日大于20天以上)或建筑物较高而得不到周围建筑物防雷设施保护的台站，其地网应在地下、地面上作多点(两点以上)焊接连通，特别注意的是，在地网焊接连通时要与设备断开操作，以确保系统安全。
除了做好室外防雷设施的有效接地外，从防雷工程的系统性和综合性来考虑，还要注意通信机房内相关设施的联合接地，即机房内走线架、吊挂铁架、机架或机壳、金属通风管道、金属门窗等均应作保护接地，保护接地线一般宜采用截面积不小于35mm2的多股铜导线。按照《通讯局(站)防雷与接地设计规范》要求，对机房的接地引入线长度不宜超过30m，其材料为镀锌扁钢，截面积不宜小于4mm×40mm或不小于95～2的多殷铜线。接地引入线应作防腐、绝缘处理，并不得在暖气、地沟内布放，埋设时应避开污水管道和水沟，在地面以上部分，应有防止机械损伤的措施。
二、无线通信防感应雷的接地工作
无论多么完善的避雷针，对感应雷击都无能为力，由于其来自线路的感应电流，加之有的系统屏蔽差，以及没有采取有效的等电位连接措施、综合布线不合理、接地不规范造成地电位反击等，因此需要运用完善的综合防雷手段，在电源和馈线等线路上安装相关的避雷器SPD，与合格的避雷针有机结合、相互补充，构成一套完整的防雷体系。而对任何先进、科学的防雷器件而言，设备的本身接地和防雷器的接地都尤为重要，一般要求通信机房地阻不超过10，这也是保证避雷设备发挥作用的前提和关键。
1、机房内的设备首先要做到保护地、工作地等电位连接，特别是相关设各机箱的外壳必须接地，以最大程度上减少二次感应雷击的危害。对接地汇集线和接地排的要求较高，它一般设计成环形或排状，材料为铜材，截面积不应小于120mm2，也可采用相同电阻值的镀锌扁钢，机房内的接地汇集线可安装在地槽内、墙面或走线架上，接地汇集线应与建筑钢筋保持绝缘。
2、通信站传输射频信号的同轴电缆馈线一般都有金属外护层，应在上廓、下部和经走线架进机房入口处就近接地，在入机房处的接地应与地网引出的接地线直接连通，以泻放线缆在外界感应的雷电流。当铁塔高度大于或等于60m时，同轴电缆馈线的金属外护层还应在铁塔中部增加一处接地。在天馈系统中安装避雷器时要注意以下方面的接地问题。一是避雷器的接地端的接地电阻不得大于50，否则将影响防雷效果；二是安装通信天线时，天线支撑杆要与铁塔可靠连接，连接电阻等于零，馈线应从铁塔内部垂下，并每隔一段距离用铜丝与铁塔固定。
1大气窗口的选择
大气中存在着各种复杂成分的气体分子和微粒。激光在大气中传播时，因为这些物质会对激光信号吸收与散射，还有大气气溶胶的散射，这就是导致传播过程中能量衰减的主因。此外遇到下雪、下雨、刮风等气候，会使能量在空间重新分配，产生了不同程度衰减。表1列出典型气候条件下，大气衰减情况。一般情况下，气候条件良好，对光束衰减主要是散射和吸，比如水蒸气、臭氧、瑞利散射等[2]。辐射波长处在某些区域吸收作用最小，称之为“微窗口”。图1给出了晴朗天气条件，在700～1600nm波段，4个良好大气窗口，分别出现在780，850，1064，1550nm附近。因此，为了尽量减少衰减，可选择有利的天气，并选择处在大气窗口波段波长，可收到较好的效果。
2大气信道模型
在近地光无线通信系统传输中，大气信道由于种种原因引起光的吸收和散射，光信号信噪比等将受到影响。对大气信道对数正态分布模型建模分析，可为系统误码性能分析做必备基础，对光无线通信系统有巨大理论价值。对数正态分布是跟据利托夫近似，用叠加来表示对数振幅。
3结束语
节能管理不是单纯的消减的过程[1]。实际上,在刚开始的阶段,节能并不能直观地省钱,反而会消耗许多。但是长期进行下去,节能会取得让人惊喜的成果。同时,在进行节能管理时,还要充分考虑到环境和社会。必须要是环境和大众可接受的措施。若是节能管理不能合理安全,不符合实际情况,那也不能进行广泛的推广。措施要考虑到人们的生活习惯,还要有质量和安全方面的保障,否则,再有效率也不能被接受。比如说在节约用电方面,西方国家普遍推行夏时制,利用太阳的关照代替部分电源,从而节约照明和洗澡的用电。但这在中国就不行,我们的时节和生活习惯大不相同,对人家再有用也不可能被采纳[2]。
2如何有效进行节能管理
2.1针对性进行节能
想要有效地节能,首先要充分了解当前耗能现状,弄清楚哪些具体环节消耗的能源最高。无线通信网的节点有许多,也许一个节点的能耗看起来很少,但小数量的能耗乘以大数量的基础就会变得让人难以忽视。要做的就是找出这些节点,找出关键的环节。然后再根据这些环节对症下药,拟定节能的目标、指标,取消或是改造不必要的环节[2]。充分借鉴国外的经验,提出可行的提案,聆听多方面专家的意见,进行开放的讨论,全面地看待问题。之后再制定计划,重点关注那些高耗能环节,针对性实行节能管理。
2.2优化无线网络
优化无线通信的网络优化是帮助推行节能管理的好方式。主要有三个步骤,一是采集数据,二是分析性能,三是实施和测试方案[3]。采集数据是系统数据,包括网络总体的和主要结构的数据,从而更好地分析其网络性能和网络质量。至于分析性能,是基于采集到的系统数据,有效地分析数据,制定优化的方案。最后,要对无线网络的性能实施和测试方案。这个优化方案包括了很多的优化如设备、网络结构和硬件系统等方面。
2.3建立完整系统
设计系统的内容要是完整的、全面的,同时要保证设计方案科学性和可操作性。系统通常是综合而严格的,也要符合当前技术的发展潮流,才能让系统保持先进性。合理布局,监测设备及其他设备要符合技术发展的趋势,考虑到安全性的原则的重要性,以确保整个系统的安全和可靠操作,我们要首先考虑系统的安全性和系统整体的可靠性。此外,节能系统要维修方便,而且维护费用低。整个投资要控制在合理范围内。满足以上,节能管理就有系统可依靠,就能更加科学和规范[3]。
对无线通信网络进行建模，很难将其宏观和微观特性同时表现出来。传统的数学模型能够宏观地展示网络结构，但由于其特有的抽象性，很难直观感受到网络节点之间的连接关系。而采用复杂网络的观点，将通信网络中节点的信道由网络边权来表示，能够更好地从微观上理解节点之间的耦合关系，构建复杂网络的基础就是图论模型[16]。图论是一门很有实用价值的学科，它在自然科学、社会科学等各领域都有很多的应用，为物理模型和数学描述之间搭建了一座连接的桥梁。假设任何一个网络都可以由点集V和边集E组成的图G=(VE)来表示。V中的元素称为图G的顶点，E中的元素称为图G的边。如果E中的元素没有指明方向，则图G为无向图，否则为有向图。
1.1节点度
度是在网络模型中刻画某个节点属性最基本同时又是最重要的概念。将无向网络中的节点i的度ki定义为与节点i直接相连的边的数目，而称网络中所有节点的度的平均值为网络的平均度，记为k。
1.2聚类系数
由图论原理，聚类系数表示了一个图形中节点聚集的紧密程度。如果一个节点有k个邻居节点，那么这k个邻居节点之间最多有k(k-1)/2条边。则聚类系数定义为：
2网络故障参数
本文所研究的无线通信网络中，如果节点出现故障信息，则节点会将故障沿着网络拓扑渗透到每个节点，网络中节点的连接关系由邻接矩阵A给出。节点是否会感染故障，与故障大小、节点容错能力、节点感染概率和故障触发方式等参数有关。
2.1故障大小
无线通信网络中影响网络运行的故障大小定义为故障强度FI，故障强度越大，其传播能力越强，本文中定义FI{12345678}。
2.2容错分配方式
故障强度大小意味着外来因素对节点的干扰影响，而节点本身对这些影响的处理应对能力称为容错能力，容错能力的大小从另一个层面决定着故障是否会通过节点并继续传播。容错能力越强，对故障的处理能力越强，故障越不容易继续传播；容错能力越弱，节点处理故障能力越弱，就越容易被感染。对于无标度网络，少数节点具有非常大的度，因此各节点被感染的概率不同。以下研究两种不同的容错分配方式：均匀分配，各节点的容错能力符合均匀分布，即FtiU(08)；重点分配，定义各节点的容错能力与其连接关系的紧密有关，即其中，si表示节点i的度，save表示无线网络的平均度，ci表示节点i的聚类系数，cave表示无线网络的平均聚类系数，FI表示此时无线网络的故障等级。
2.3感染概率
在故障信息传递过程中，与故障节点有直接连接关系的节点是否会受到故障的干扰，与它们之间的调用频度有着很大的关系。例如，当节点i发生故障时，故障信息传递到节点j后进而可能引起j的故障。3.4故障触发方式网络故障的触发通常有两种方式，一种是随机触发，即随机选取一些网络节点作为故障初始节点，通过与其他节点的相互调用将故障传递至整个网络；另一种是恶意触发，选取度相对较大的节点作为初始故障节点，那么在很短的时间内，故障信息就会由故障节点传递给直接相连的网络节点，进而造成级联故障。
3网络故障传播算法
当网络中的故障沿着网络拓扑传递给其他节点时，每一次传递称为1步或1跳。在本文的仿真中，规定故障按照以下算法进行传播：Step1：获得网络初始结构和网络参数。给出网络的初始节点数m0，每次引入新节点时连接到已经存在的m个节点上，且有mm0，网络邻接矩阵为A。新节点与已经存在的节点v的连接算法伪代码为：FORk=m0+1:N初始化网络规模M、第k个节点位置坐标；统计每个节点的连接数占整个网络连接的比重p（i）；FORi=1:m生成随机数random_data；IFp（i）大于random_data则将节点i与新节点相连ELSE节点i不与新节点相连ENDENDENDStep2：获得网络故障参数。根据不同的容错分配方式和故障等级计算得到N个节点的容错能力和感染概率。其伪代码描述为：IF容错能力重点分配计算每个节点度的容错能力ELSE容错能力平均分配计算每个节点度的容错能力上述算法的时间复杂度为Ο(N2)，根据以上算法，构建了无标度网络为无线通信网络的基本模型，并根据不同的故障参数组合对网络中的节点进行了故障感染。构建由点线组成的线图模型，结合不同的网络故障参数，能够更直观地获取故障在网络节点中的传播情况。
4数值仿真及结果分析
4.1网络模型特性分析
在本仿真分析中，选定网络初始节点数m0=300，通过改变网络增长规模和由新节点引入网络的边数，研究网络模型的特性。对于构建的无线通信网络拓扑结构，图1（a）显示了当网络增长规模为500时，改变每个节点连入网络时引入的连接边数，节点的度与连接边数有着良好的线性关系，呈现稳步递增的趋势。图1（b）显示了对于相同数目，由新节点引入网络的连接边，在连接边数较低的时候，网络节点的平均度随网络规模的增加反而呈现出递减的趋势。但是随着连接边数的增多，各种情况的网络连接度都有所增加，且网络规模越大，梯度越陡，增速越快。平均度越大说明节点间联系越紧密，然而在实际应用中，通信节点之间过于频繁的连接势必会增加无线网络的成本和通信信道开销，造成网络拥堵、信号延迟等一系列问题。由邻接矩阵，可以得到一个节点与其他节点的连接关系，从而得到一个节点的“重要程度”。度大的节点在网络中扮演着信号基站的角色，表示网络中会有更多的节点与之相连，一旦这些节点发生故障，则会导致网络的部分瘫痪甚至全部瘫痪。由图1（c）可以发现，初始节点数m0一定时，随着网络规模的增加，节点度大于平均节点度的节点个数由递减逐渐转变为递增。这说明在网络增长规模不大的情况下(N=400)，随着连接边数的增加，较少的信号基站就能完成传递信号的任务。如果网络增长规模较大(N=900)，就需要较多的信号基站来完成中转任务。这说明无线通信组网要综合考虑基站建设的成本和网络规模的大小。
4.2网络故障传播
故障参数对于故障在网络中的传播具有很大的影响。选择初始故障节点个数n=30，故障等级为4，分别选择两种不同的容错分配方式和故障触发方式进行比较分析。从图2（a）中可以看出，如果初始故障节点选择为度较大的节点，节点的容错能力符合均匀分布，则故障会根据调用次数的大小依概率传递给相邻节点，进而导致故障很快遍历整个网络；如果选择度较小的节点，容错能力根据故障等级、节点度大小、节点聚类系数大小而确定，则每个节点对故障都有很强的适应性。对于随机触发的网络故障，图2（b）给出了改变故障等级对网络级联故障的影响。图中初始故障节点个数n=50，容错方式Ft是重点分配，对故障在FI=2、FI=4、FI=6、FI=8下进行比较分析。从图中可以看出，随着网络故障等级的增加，每步故障节点的个数也在增加，在更短的时间内达到整个网络的全局故障。图2（c）表明节点的容错能力对网络故障扩散的影响。图中初始故障节点个数n=50，故障等级FI=4，对容错能力分别在Ft=2、Ft=4、Ft=6、Ft=8下进行比较分析。随着整个无线网络的容错能力提升，延长了整个网络陷入故障的跳数，说明提高网络节点整体的容错能力，对于抑制故障在拓扑网络中的扩散，有着积极的作用。图2（d）表明初始故障节点数目对故障传播的影响。图中FI=4，Ft重点分配，网络增长规模为N=500，分别对初始故障节点数n=30，n=50，n=70，n=90下进行故障扩散比较分析。从图中可以看出，如果网络中初始故障节点数越少，故障在整个拓扑网络中的扩散就越慢。因此，对于无线通信网络中的各个节点，必须要提高信号基站对干扰信号的抑制和容错能力。一旦发现故障信息在节点之间开始传播，应该立即对无线通信网络进行故障诊断，及时找出故障节点并将其修复，维持整个无线网络控制系统的稳定性。
5结束语
关键词：超宽带（UWB）脉形调制（PSM）正交改进型hermite脉冲
超宽带（UltraWideBand）作为一种新型的无线通信技术与传统的通信方式相比有着很大的区别。由于它不需使用载波电路，而是通过发送纳秒级脉冲传输数据，因此该技术具有发射和接收电路简单、功耗低、对现存通信系统影响小、传输速率高的优点，此外它还具有多径分辨能力强、穿透力强、隐蔽性好、系统容量大、定位精度高等优势。根据FCC的规定，从3.1GHz～10.6GHz之间的7.5GHz带宽频率都将作为UWB通信设备所使用。但出于对现存无线系统影响的考虑，UWB的发射功率被限制在1mW/MHz以下。
UWB是一种可以为无线局域网LAN、个人域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。它解决了困扰传统无线技术多年的重大难题，开发了一个具有对信道衰落特性不敏感、发射信号功率普密度低、不易被截获、复杂度不高等众多优点的传输技术。该技术尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。
图1
1基本概念
超宽带（UWB）又被称为脉冲无线电（ImpulseRadio）,具体定义为相对带宽（信号带宽与中心频率的比）大于25%的信号，即：
Bf=B/fc=(fh-fl)/[(fh+fl)/2]>25%(1)
或者是带宽超过1.5GHz。实际上UWB信号是一种持续时间极短、带宽很宽的短时脉冲。它的主要形式是超短基带脉冲，宽度一般在0.1～20ns，脉冲间隔为2～5000ns，精度可控，频谱为50MHz～10GHz，频带大于100%中心频率，典型点空比为0.1%。
传统的UWB系统使用一种被称为“单周期（monocycle）脉形”的脉冲。一般情况下，通过随道二极管或者水银开关产生。在计算机仿真中用高斯脉冲来近似代替它。由于天线对脉冲的影响不同，所以可以假设发送脉冲为：
而接收端收到的信号为：
tc是脉冲的时移，2tau为脉冲的宽度。图1给出了发射脉冲和接收脉冲的时域脉形。
2UWB的性能特点
超宽带有别于其它现存的一些通信技术，其最根本的区别在于无需载波，大大降低了发射和接收设备的复杂性，从根本上降低了通信的成本。
UWB的优点可以归纳为以下八个方面：
（1）无需载波，发送和接收设备简单。由于UWB信号是一些超短时的脉冲，其频率很高，所以它不象传统的基带信号那样需要将其调制到某个发射频率上才能在信道中传输。因此，必然会使发射机和接收机的结构简单化。
图2
（2）功耗低。由于UWB信号无需载波，工作在频谱的电子噪声波段，所以它只需要很低的电源功率。一般UWB系统只需要50～70mW的电源，而这只是移动电话的百分之一，蓝牙技术的十分之一。
（3）传输速率高。极宽的带宽使UWB具有很高的传输速率，一般情况下，其最大数据传输速度可以达到几百Mbps～1Gbps。美国英特尔公司于2002年4月在“IDF2002SpringJapan”上对该技术进行了演示，在数米的距离内传输速率可达100Mbps。
（4）隐蔽性好，安全性高。由于UWB信号的带宽很宽，且发射功率很低，这必然使该项通信技术具有低截获能力LPD（LowProbabilityofDetection）的优点。另外超宽带还采用了跳时TH（TimeHopping）扩频技术，接收端必须在知道发射端扩频码的条件下才能解调出发送的数据信息。
（5）多径分辨能力强。从时域角度看，超宽带系统采用脉冲宽度为几纳秒的窄信号，因此具有很高的时间分辨力，相应的多径分辨率小于几十厘米；从频域的角度分析，由于UWB信号的带宽极宽，所以信号在传输过程中出现频率选择性衰落出现是一定的。然而正是因为极宽的带宽，多径衰落只在某些频点处出现，从整体上考虑，衰落掉的能量只是信号总能量很小的部分，所以该技术在抗多径方面仍具有鲁棒性。
（6）系统容量大。香农公式给出
C=Blog2(1+S/N)(4)
可以看出，带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应，这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。
（7）高精度的距离分辨力。由于超宽带定位设备的时间抖动小于20ps，如果采用GPS相同的工作原理和算法，相应的距离不确定性小于1cm。而在实际应用中，超宽带雷达系统使用的超窄脉冲信号，其距离分辨率小于30cm。
（8）穿透能力强。在具有相同带宽的无线信号中，超宽带的频率最低，因此，它在具有大容量和高距离分辨率的同时相对于毫米波信号具有更强的穿透能力。
3UWB信号的调制方式
UWB的调制方式有许多，以脉冲调制PPM（PulsePositionModulation）为例作为一个举例分析。
首先定义一个单周期脉形：
s(k)代表信号kth,w(t)为传输的单周期脉冲。
将其移至每一帧的开始：
Tf代表脉冲重复周期，j表示第j个单脉冲。
加入伪随机跳时码：
最后加入调制数据：
其中，d(k)是信息数据，δ为时移。为了满足多用户的需求，提高通信的安全性和对系统功率谱密度PSD（PowerSpectralDensity）的考虑，引入了跳时码，下面就从功率谱密度的角度来分析这个问题。
假设采用图1（a）给出的高斯单脉冲作为发送信号，且只是一串周期性的脉冲序列，由于时域信号的周期性导致其频域出现了强烈的能量类峰，这些类峰将对现存传统的无线信号造成干扰。因此需要采取某种措施将其平滑。如果采用PPM调制对脉冲的位置做出调整，可以看到：由于调制的置乱效果，频域的尖峰得到了一定的控制，但此时仍比较明显。为了进一步降低类峰的幅度，引入跳时码，这样发送信号的功率谱就会得到进一步的平滑，几乎近似于背景噪声，这也正是UWB系统能与现存无线系统并存的原因之一。图2给出了上述不同信号的PSD图和引入跳时码后的时域波形。
除PPM外，UWB信号还可以采用脉幅调制PAM（PulseAmplitudeModulation），开关键OOK（On-OffKey）和二相移键控BPSK（Bi-PhaseShiftKey）等。在接收端，单脉冲信号可以通过相关技术实现可靠接收。实际应用中常使用相关器（correlator），它用准备好的模板波形乘以接收到的射频信号，再积分就得到一个直流输出电压。相关器输出的是接收到的单周期脉冲和模板波形的相对时间位置差，从输出中寻找时间位置差为0的即为要接收的信号。
为了追求更高效率的信息传输，近来人们提出了一种新型脉冲调制方式——脉形调制PSM（PulseShapeModulation）。PSM就是对脉冲的形状进行调制从而实现信息的载荷，因此脉冲形状的选择是十分重要的。它的提出得益于人们对hermite多项式的研究。由于hermite多项式的数学表达式与高斯单脉冲很接近，而且随着阶数的变化，波形的持续时间不会有很大的变化，因此人们便想到了用hermite多项式数的变化产生形状各异的脉冲，实现多元化的调制。为了寻求正交的波形，需对hermite多项式进行修正，即：
经过改动之后，便可以得到彼此正交的各阶hermite多项式了。这时可以在发送端同时发送n个不同形状的单脉冲，正交性使其互不干扰，接收端用相关接收技术即可把每一个信号分离出来。
图3给出了改进型hermite多项式时域波形。与此同时还可以通过搭建simulink电路得到想要的各阶hermite多项式脉冲。如图4给出了搭建电路和仿真波形。在simulink电路中，Hermite多项式的阶数由脉冲阶数单元控制，示波器1、2给出相应阶数和相应阶数减1阶的hermite脉形。
传输效率的提高带来系统性能的下降，这是许多系统所不能容忍的，因此需要进行编码。首先在形域采用BCH（7，4）对信号编码，这样一来传输速率是单脉冲的4倍，而误码性能则与单脉冲基本相同，随后在时域对信息帧进行BCH（31，11）编码，使性能进一步提高，最后还可以在时域和形域联合编码，误码性能会得到大幅度的改善，而传输效率仍然高于单脉冲系统。性能曲线如图5所示。
4应用前景和发展方向
凭借自身的众多优势，超宽带技术具有广阔的应用前景，UWB首先在美国军方和政府部门得到了实质性关注，并迅速应用于美国军队的无线电台组网（Adhoc）和高精度雷达检测系统中。2002年2月FCC准许UWB技术进入民用领域，条件是：“在发送功率低于美国放射噪音规定值-41.3dBm/MHz（换算成功率则为1mW/MHz）的条件下，可将3.1G～10.6GHz的频带用于对地下和隔墙之物进行扫描的成像系统、汽车防撞雷达以及在家电终端和便携式终端间进行测距和无线数据通信”。尽管该技术在应用中有如此多的限制，但它仍受到广大电信开发商的青睐。TimeDomain和MultispectralSolutions等公司已经向IEEE-802.15委员会提出了采用超宽带技术的议案，众多公司的研究部门乃至学校也都将该技术的研究提到了日程中来。许多现已成熟的技术纷纷与UWB进行结合，如UWB-OFDM、UWB-Adhoc、UWB-Wavelet、UWB-Neuralnetwork等，有的公司甚至已经利用这些技术生产出了实际的民用产品。
图4
笔者把超宽带技术的应用归纳为短距离无线通信、雷达探测和精确定位三个最主要的方面。其中在短距离无线通信中可用于密文传送、音/视频流传输、射频标签识别以及无中心自纺织网络（Adhoc）的物理层等领域；雷达方面主要用作防撞雷达检测、精密测高学、穿墙成像和探地雷达系统；精确定位则可用于资源跟踪和全球定位系统GPS（GlobalPositionSystem）。由此可见，UWB技术的背后蕴藏着巨大的商机。
当然，超宽带技术若要真正用于人们的日常生活，还有许多极具挑战性的课题，这也是超宽带技术近来乃至今后很长一段时间内研究和发展的方向。
（1）建立时域内的超宽带无线电发射器的模型，从时域角度设计天线的传输函数；
（2）研究超宽带信号产生和基本功能的优化；
（3）研究低电平赶宽带无线电信号集合而千万的干扰，有效平衡功率和通信范围的关系；
（4）超宽带跳时码的研究；
（5）研究移动Adhoc网络协议和路由协议，将超宽带技术应用于分布式的网络结构、盲捕获和自配置功能中；研究适用于超宽带类似于“蓝牙”系统的组网协议；
（6）研究基于超宽带无线电传输技术的无线IP协议；
（7）研究超宽带无线电的测试技术，包括传输信道的测试、估计、信道模型等。
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