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关键词:电子信息技术;无线通信;现状;发展趋势
中图分类号:TN925 文献标识码:A 文章编号:1007-9599 (2012) 09-0000-02
一、介绍
科学技术的不断发展使得现代通信技术已经进入到了数字时代 。20世纪90年代信息化革命以及信息高速公路建设的完成,让信息和知识呈现出爆炸式的增长,特别是由于因特网的商用化和家庭化,使得传统的电信业受到前所未有的冲击,无线通信技术也在快速发展中不断革新 。
无线通信技术由无线终端、无线基站、应用管理服务器三部分组成。如果按照传输距离可以将其分为、基于IEEE 802.11的无线局域网(WLAN)、基于IEEE802.1的无线城域网(WMAN)、基于IEEE802.20的无线广域网 (WWAN)和基于IEEES02.15的无线个域网(WPAN)四种类型。无线通信技术按照不同的要求可以划分为不同的类型。例如可以按照移动性将其划分为固定接入式和移动接入式;按照带宽可以分为宽带和窄带两种无线接入;按照传输距离则又可以分为长距离无线接入和短距离无线接入等。
随着经济和社会的不断发展,对信息化技术的要求越来越高无线通讯技术的创新不断涌现,并在社会中得到广泛应用。从而促进人们生活方式、工作方式、沟通方式、管理方式等发生重大改变,对人们生活质量的提高起到了很大的促进作用。在移动通信发展过程中通信技术从固定方式发展到移动方式,大致经历
了以下五个重要阶段:
第一阶段:20世纪20年代初至50年代初,移动通信技术主要是在军用装备方面使用。这个阶段的移动通信设备主要是采用电子管技术以及短波频率,直到5 0年代初,才出现了MTS 即150 MHZ VHF单工汽车公用移动电话系统。
第二阶段:20世纪50年代到60年代,这个时期的移动通信设备器件已开始向半导体过渡,频段扩展至 UHF450 ~ t Z,并形成了移动环境中的专用系统。同时,也很好的解决了移动通信网络与公用电话网的融合问题。
第三阶段:20世纪70年代初至80年代初,这个阶段提出了蜂窝移动通信系统,并在70年代末开始进行 AMPS试验。频段扩展至800 MHZ。
第四阶段:20世纪80年代初至90年代中,也就是第二代数字移动通信大发展的时期,移动通信技术开始逐步朝着个人通信业务的方向进行转变。
第五阶段:20世纪90年代中至今,适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第三代移动通信技术开始兴起并得到应用,从而加速推进了全球移动通信技术标准化工作,使得样机研制和现场试验得到了蓬勃发展。由于第二代至第三代移动通信的平滑过渡,让数据通信与多媒体业务需求不断增加。
二、问题
现今,无线通信产业两个重要特点是:1.大众移动通信发展十分强劲,新技术麻用更新不断加快。但在一些国家和地区,存在发展不均衡问题。2.无线宽带通信技术的研究、应用不断发展全球移动市场呈总体增长,不均衡增长的趋势。北美、欧洲等发达国家的新增用户日益减少,而在亚洲、非洲等地区的发展中国家,用户数量却得到了迅猛增长。从数据新业务市场的增长来看,韩国日本呈现爆发态势,已成为全球移动通信发展的新热点。移动通信仍是发展最为迅速的领域,移动通信用户超过30亿人,四大3 G标准 ( WEDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX ) 演进技术不断出现,商用的进程加速,全球有10亿人被 3 G网络覆盖。光通信已成为电信业务传输的主要手段,近年来得到了高速发展。在超长距离传输方面,也已达到了4000 km无中继的技术水平。源于移动电话对固定电话的巨大冲击,固网主导运营商开始寻求各种形式的FMC ( Fixed Mobility Convergence,固定移动融合) 整合服务。IMS (IP多媒体子系统)为网络融合提供了一个统一的结构,极大地促进了网络融合的进程,三网融合进程加速。
三、可解决的方法
(一)无线通信领域各种技术之间的互补作用日益凸显
由于不同的接入技术具有不同的覆盖范围以及不同的适用区域和不同的接入速度,因此多元网络一体化可以实现对不同用户群体的需求覆盖,实现无线通信技术的均衡发展。例如3 G和WLAN之间进行互补:3 G可以满足强漫游的移动性需求并解决广域网无缝覆盖,WLAN则可以实现近距离的超高速无线接入。
(二)宽带化是现代无线通信技术重要方向
在信息化社会的环境下,随着宽带应用的不断发展,宽带化将是未来通信技术发展的重要方向之一。并且随着通信技术的进步,宽带的应用前景将会得到更加充分的发展和应用。在光纤传输技术和数据交换技术的进一步发展,在有线网络宽带化的今天,无线网络的宽带化,也正成为现代通信息技术的主要发展方向。在未来无线宽带与有线网络的无缝衔接和数据传输速度的不断提高,也会使无线宽带得到更广泛的应用。
(三)无线通信网络多样化和综合化
未来无线通信网络的结构,将向核心网/接入网进行转变。通信网络的多样化和综合化将随着网络管制的逐步开放和市场竞争需要而进一步得到发展,从而推动传统的通信网络与新兴通讯网络的有机融合,提高无线通信网络普及和应用负效率。
四、小结
综上所述,未来无线通信的发展趋势为多元网络互补化、宽带化、综合化与多样化、信息个人化。无线通信网络将是一个综合一体化的解决方案,各种无线技术都将最大地发挥着自己的作用。而我国作为迅速崛起的发展中国家,信息技术的发展对于科技的发展起着不可举足轻重的作用,所以不断促进无线通信技术进行创新,并使无线通信产业得到大力发展,对我国未来经济发展和国民建设将会十分有益。
参考文献
[1]于泳.无线通信技术的发展历程及未来发展趋势[J].民营科技,2010,6
[2]徐秦.无线通信技术热点及发展趋势[J].科技纵横,2010.1
【关键词】无线通信技术;应用;措施
引言
随着我国市场经济的蓬勃发展和对科技发展的重视,无线通信技术在某一程度上得到拓展,其开发力度不断加强,使得其应用价值也有所提升。当下无线通信技术在更加多元化、集中化,和传统的宽带技术网络充分融合,深入人们生活和工作的每一个角落。例如,手机是人们目前最为重要的通讯工具,而无线通信技术的应用,会使得手机的功能增多。如我国多地的公共场所都已经实现了WLAN的全面覆盖。由此可见,无线通信技术具有很大的发展潜力和开发价值。
1无线通信技术
1.1无线通信技术的含义
通常来说,所谓无线通信技术就是指使用电磁波信号在自由空间中传播的特性,实现信息的传送过程的通信方式,该技术是目前信息科学技术中发展最为迅速,应用最为广泛且影响最大的科学技术类型之一。无线通信技术一般由三个部分构成,即应用服务器、无线终端以及无线基站。
1.2无线通信技术发展过程
无线通信技术可以按照传输距离的长短将其分为以下四个类型:①基于EE802.20的无线广域网;②(WWAN)基于IEEE802.11的无线局域网,也就是WLAN;③基于IEEE802.15的无线个域网(WPAN);④基于IEEE802.06的无线城域网WMAN。就整体而言,长距离无线接入技术主要指的就是GSM、3G、GPRS。而短距离无线计入技术主要就是UWB、WLAN。按照移动的范围又可以将其分为移动无线接入和固定无线接入。其中,固定无线接入又包括:本地多点分配业务(LMDs)、802、16d、3.5GHz无线接入(MMDs)。移动无线接入分为:基于802.11的WWAN、基于802.16e的WIMAX、基于802.15的WPAN、基于802.20的WWAN。按照带宽,可以将其分为宽带无线接入和窄带无线接入。宽带无线接入具体又包含LMDS、3G、WIMAX。窄带无线接入也涵盖第一、二代的蜂窝通信系统。
2无线通信技术应用
2.15G技术
5G的正式定义来自于ITU。ITU的技术报告给出明确的三个场景、需求(KPI)、时间表(标准制定、提交、验证)。任何的标准组织(包括3GPP、IEEE、甚至CCSA)都可以按照要求的时间(2020年Q3)提交完整的解决方案,通过ITU指定的第三方机构验证后,能够满足ITU需求的方案就被认定为5G标准。5G网络以5GNR(NewRadio)统一空中接口(unifiedair-interface)为基础,为满足未来十年及以后不断扩展的全球连接需求而设计。5GNR技术旨在支持各种设备类型、服务和部署,并将充分利用各种可用频段和各类频谱。显然,5GNR的设计是一项大工程,搭建5GNR不可能也不必从零开始,事实上,5G将在很大程度上以4GLTE为基础,充分利用和创新现有的先进技术。
2.24G技术
我国4G技术应用已经发展成熟和广泛,完全取代了2G和3G技术。所谓4G,指的就是第四代通讯技术,其下载速度可以达到100mbps,和拨号的上网速度比较而言,已远远超过了2000多倍,且上传的速度也达到了20mbps。最为突出的是,4G技术可以和其他技术充分结合,也可以满足对于不同用户群对于无线服务的需求。与此同时,4G技术可以在DSL和有线电视调节器没有覆盖到的区域运行。最初国际上对于4G技术的研究重点为增加蜂窝电话数量以及提高配套移动装置无线访问的网路速度。就当前4G网络测试以及普及的情况来看,其网络速度和3G技术相比有了很大的提升,且已经可以和高质量的视频图像传送以及高清电视相媲美了。
2.33G技术
3G技术,顾名思义就是第三代移动通信技术,也就是IMT-2000,但是具体所指为高速数据传输的蜂窝移动通讯技术。在2009年,国家工业信息部门为中国移动、中国联通以及中国电信颁发了第三代移动通信拍照,这就表示我国全面进入3G时代。通常情况下,人们使用的3G技术业可以支持大多数的数据传输类型,如短信、电子邮件等等。其优势主要体现在可以保证高速数据的传输稳定性,因此使用手机或者是电脑进行数据信息转化、传输等多施比较方便的。3G技术有四个基本标准,如WIMAX、WCDMA、CDMA20000、TD-SCDMA。
2.4WLAN
WLAN所指的就是无线局域网,是我国使用比较普遍的一种数据传输系统。该技术可以不借助传输介质如电缆和导线等,通过射频技术将无线电波作为能够传输信号的媒体,从而形成了一个比较系统化的局域网络。WLAN应用途径比较多,在商务办公楼,可以使用其替代专线,企业内部的员工也可以使用内部的网络进行交流和沟通,这样可以在一定程度上保护企业的内部资源。在餐饮企业,可以利用该网络进行点餐、排单等,服务器可以之间进行订单传送,厨房、收银处等均可以获得客户消费情况,并自行处理相关业务。
2.5UWB超宽带技术
超宽带技术就是不如发展初期的无线通信技术,其工作原理为:事先设定具有上下变化也行的冲击脉冲,使得信号具有GHz的良机宽带。但是因为超宽带技术会受到传统通信技术发展的影响,如传播层次上的限制,使得具有一定的局限性。例如,和其他技术类型相比较而言,其信道比较弱且反应速度慢,发射信号的功率谱密度也会比较低,截获信号的能力也不强。但是其突出优势是受外界干扰的较小,且使用的信道运行速度比较快,消耗低。因此,也受到了部分人的欢迎。
3无线通信技术发展趋势
未来无线通信技术发展呈现出接入模块化、网络一体化、应用综合化、集成化的宽带无线网络发展趋势。接入技术的发展会因为地域的不同呈现出不同的发展趋势,且因为技术发展重点不同,使得接入速度也会有所差异。从整体上来看,组网的一体化是发展的必然趋势。在多元化的发展背景下,无线通信技术了也会趋于融合,无线局域网以及无线城域网等各种技术类型会在激烈的竞争中逐渐趋于一致,相辅相成,这就促进了新型射频技术的发展。同时,蜂窝移动通信和无线宽带接入在不同的发展阶段会增添和当下发展情势相符的内容。例如,蜂窝移动通信设立了LTE发展项目,该技术是将OFDM/FDMA为基础,带动移动通信技术的进步。LTE可以在20MHz频谱带宽条件下还能够将峰值速率保证在下行326MBit/s和上行86MBit/s左右,这样就可以保证某一区域的用户上网的正常速率和网络功能。WiMAX、WLAN等诸多无线宽带技术也会在一定程度上促进计算机网路技术的完善和优化,其功能会更加多元化,运行情况也会更加稳定。但是因为接受信号幅度和相位的不断变化会使得频谱效率比较低,这是未来发展过程中必须加以解决的问题。当前,为了缓解这一问题,采用MIMO和OFDM技术相结合,将传输速度大幅度提高,为无线技术提供无限的发展可能。OFDM是多载波调制(MCM)中一种,其工作原理就是将信道细化为多个正交子信道,这样可以借助多个子信道满足上行和下行链路中传输速率需求。同时,也可以有效解决信道多径衰落的问题。另外,可以增加带宽分配、子载波数量、子载波调制的记录,使得系统网络更加完整。由此可见,MMO和OFDM技术的结合是非常必要的。
关键词:无线通信技术 发展 现状 趋势
一、无线通信技术的发展历程
无线通信也从固定方式发展为移动方式,移动通信发展至今大约经历了五个阶段:
第一阶段为20年代初至50年代初,主要用于舰船及军有,采用短波频及电子管技术,至该阶段末期才出现150MHZ VHF单工汽车公用移动电话系统MTS。
第二阶段为50年代到60年代,此时频段扩展至UHF450MHZ,器件技术已向半导体过渡,大都为移动环境中的专用系统,并解决了移动电话与公用电话网的接续问题。
第三阶段为70年代初至80年代初频段扩展至800MHZ,美国Bell研究所提出了蜂窝系统概念并于70年代末进行了AMPS试验。
第四阶段为80年代初至90年代中,为第二代数字移动通信兴起与大发展阶段,并逐步向个人通信业务方向迈进;此时出现了D-AMPS、TACS、ETACS、GSM/DCS、cdmaOne、PDC、PHS、DECT、PACS、PCS等各类系统与业务运行。[1]
第五阶段为90年代中至今,随着数据通信与多媒体业务需求的发展,适应移动数据、移动计算及移动多媒体运作需要的第三代移动通信开始兴起,其全球标准化及相应融合工作与样机研制和现场试验工作在快速推进,包括从第二代至第三代移动通信的平滑过渡问题在内。
二、无线领域的发展趋势
首先,无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围,不同的适用区域,不同的技术特点,不同的接入速率。比如3G和WLAN、UWB等,都可实现互补效应。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求,WLAN可解决中距离的较高速数据接入,而UWB可实现近距离的超高速无线接入。[2]
其次,我国政府应该给企业配置更多的无线频率资源,推进不同技术相关频谱的规划和应用工作。这样才有利于不同的企业根据不同的发展策略和市场需求,综合地规划自己的无线通信网络,实现资源的有效配置和利用。
其三,从公众移动通信网络发展来看,3G已经成为全球包括中国移动网络演进的主要进程。从欧美发达国家的经验来看,由于其移动话音用户的普及率高,通过发展用户实现增长的模式已成为历史。因此,他们期望通过3G搭建更大的业务平台,从而实现利润的新来源。由于3G技术的成熟,目前3G商用网络部署已经在全球范围内启动。就我国而言,也要借鉴欧美的经验,在用户数量增长放缓之前,就应提前培育新兴移动市场。
其四,从宽带无线接入技术来看,全球该领域发展十分火热。该领域的发展呈现出向高带宽快速跃进、覆盖范围逐步扩张的趋势。未来,该领域还可能出现更强大的新技术,从另一个角度对整个无线通信产业起到推进作用。但从近期来看,我们对宽带无线接入技术发展应该有一个理性的态度和科学的把握。目前的宽带无线接入技术主要集中在固定环境下的高速接入,其移动性和话音支持能力无法和公众移动通信网络抗衡。
其五,未来的无线通信网络应该是怎样的呢?专家认为,未来的无线通信网络将是一个综合的一体化的解决方案。各种无线技术都将在这个一体化的网络中发挥自己的作用,找到自己的天地。从大范围公众移动通信来看,3G或超3G技术将是主导,从而形成对全球的广泛无缝覆盖;而WLAN、WiMAX、UWB等宽带接入技术,将因其自己不同的技术特点,在不同覆盖范围或应用区域内,与公众移动通信网络形成有效互补。
其六,更远的未来,通信信息网络将向下一代网络NGN融合。在未来NGN概念中,固定网络将形成一个高带宽、IP化、具有强QoS保证的信息通信网络平台。在这一平台上,各种接入手段将成为网络的触手,向各个应用领域延伸。而3G、宽带固定无线接入、各种无线局域网或城域网方案,都将成为大NGN平台的延伸部分。从而形成集固定无线手段于一体,各种接入方式综合发挥效用,各种业务形成全网络配置的一体化综合网络
由于无线通信网络存在的带宽需求和移动网络带宽不足的矛盾,用户地域分布和对应用需求不平衡的矛盾以及不同技术优势和不足共存的矛盾,因此,决定了发展无线通信网络需要综合运用各种技术手段,从全局和长远的眼光出发,采取一体化的思路规划和建设网络。发挥不同技术的个性,综合布局,解决不同区域、不同用户群对带宽及业务的不同需求,达成无线通信网络的整体优势和综合能力。[3]
参考文献:
[1]高兆霖,《超宽带无线电技术及实际应用》,载《铁道技术监督》,2007年10月.
【关键词】无线通信技术 发展 趋势 融合 蓝牙技术 互补性
一、引言
在当前形势下,无线通信技术在人们的日常工作、生活和学习中的应用正在变得越来越广泛,无线通信技术的广泛应用一方面在很大程度上方便了人们的工作、生活和学习,另一方面,也推动了通信技术的进一步发展。进行无线通信技术的发展趋势研究,能够推动我国无线通信技术的进一步发展。
二、无线通信技术的定义
所谓无线通信技术,也就是说,借助于电磁波信号在空间的传播来实现信息交换的一种技术手段,这是相对于传统的有线通信技术而言的一种新型的通信技术。在当今科学技术飞速发展的新时代,无线通信技术的类型也正在变得越来越多,按照不同的分类标准,无线通信技术也包括不同的类型。按照信息传输的距离,无线通信技术的类型主要包括:无线局域网;无线广域网;无线城域网。在现代技术中,长距离的无线通信接入技术的具体包括GSM,GPRS和3G技术,而短距离的无线通信接入技术具体包括L1WBW和LAN技术。按照无线通信技术的接入方式,其类型具体包括:WPAN, WIMAY和WWAN移动接入技术;LMDS,MMDS固定无线通信技术。根据带宽的多少,无线通信技术的类型具体包括:窄带无线通信技术和宽带无线通信技术。
三、无线通信技术的发展趋势
(一)无线通信技术的融合趋势
第一,无线技术与蜂窝网技术的融合。为了保证无线通信技术能够进行计费和检测,短距离无线通信技术始终在电子产品方面得到广泛的应用。在现阶段,无线通信技术的发展步伐日益加快,越来越新的短距离无线接入技术也逐渐产生出来,具体来说,蓝牙技术就能够非常科学有效地融合短距离无线技术和蜂窝网技术。
第二,移动通信技术和无线宽带接入技术的融合。在移动通信业务飞速发展的新形势下,宽带业务量也正在不断地扩大,这就使得一系列的宽带接入技术脱颖而出,WLAN技术的发展,推动了3G增强型业务和技术的飞快发展,所以,可以预测,移动通信技术和无线宽带接入技术一定能够在不断地竞争和互补的过程中,在4G时代达到相互之间的有机融合。
第三,无线通信技术与视频等多媒体技术的融合。借助于地面数字系统,可以进一步推动数字电视广播技术和视频等多媒体业务量的激增,为移动通信业务创造语音和视频等节目,从而体现出无线通信技术与地面数字媒体的有机融合。从视频业务的角度而言,也有一些问题,主要包括:在当前的移动网络上实现视频业务,科学合理的商业模式,等等。
(二)蓝牙技术将推动无线通信技术的发展的进一步革新
在蓝牙技术诞生之后,许多企业都开始致力于基于蓝牙技术的丰富多彩的产品的设计和开发工作,具体来说,爱立信企业进行了基于蓝牙技术的无线耳机产品的设计和开发工作,等等。一些进行芯片设计的企业也设计出了基于蓝牙技术的专用集成电路,同时也设计了与此相适应的开发工具包,这就推动了更多的采用这一技术的企业对于基于蓝牙技术的新产品的生产设计步伐的进一步加快。与此同时,众多大型的IT企业也设计出了各种各样的基于蓝牙技术的软件,主要包括掌上计算机、手机、电冰箱等等,众多的基于蓝牙技术的产品都能够借助于蓝牙技术来通过无线链路进行科学有效地连接,能够实现计算机技术和无线通信技术的密切联系,保证人们可以更加方便、快捷地实现数据信息的传递。蓝牙技术将推动无线通信技术的发展的进一步革新,越来越多的行业都比以往更加关注蓝牙技术在将来的发展以及应用,在不久的将来,无线数据通信技术的发展将会更加迅速,蓝牙技术的应用也会变得更加广泛。
(三)无线通信领域技术将会体现出越来越强大的互补性
各种各样的无线通信技术都存在着它们各自的特征,也都存在着相应的优点和缺点。具体来说,3G技术能够非常科学有效地迎合广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求,WLAN技术则非常符合中距离的高速数据传输,UWB技术则可以进行近距离的超高速无线数据接入。由此看来,在促进将来的无线网络通信技术的不断发展的新形势下,必须结合用户的具体的需求情况,选择比较合适的无线通信技术,推动无线通信技术的飞速发展,切实科学有效地处理好移动通信发展的不均衡问题。
在不远的将来,伴随着无线通信技术的飞速发展,其带宽将会变得比以往更宽,其覆盖范围也会变得比以往更大。可以预测,在无线通信技术的宽带接入方面,也会进一步产生越来越多的新技术、新标准、新规范,从而推动无线通信技术的应用带来更多的方便和快捷。在现阶段的无线宽带接入技术一般是用于固定环境下的高速度接入,它所具备的移动性和话音支持能力都是比不上公众移动通信网络的。然而,一定要着眼于长远,科学合理地发挥出其技术特点,使之可以和移动网络进行互补,防止产生一些资源浪费问题。
四、结束语
总而言之,本文进行了无线通信技术的发展趋势研究,可以预测,无线通信技术的发展前景是非常良好的。在现阶段,伴随着我国无线通信技术的发展日益迅速,其也面临着越来越多的挑战,必须采取科学有效的措施来进行应对,以便推动无线通信技术的发展,使我国无线通信技术的发展能够迎合各种各样的客户群体的现实需求,真正反映出无线通信技术的综合优势,也必须综合应用多种多样的方法和技术,更加全面地把握全局,统筹规划,科学合理地应用政府管理部门的相应配套资源,真正最大限度地发挥出不同的领域的技术个性,从而推动无线通信技术的应用带来更多的方便和快捷。
参考文献:
[1]曹连江.浅谈无线通信技术的发展前景[J].佳木斯教育学院学报. 2011(02) .
[2]赵慧.无线通信技术发展及未来趋势展望[J].信息通信. 2011(03) .
关键词:无线通信技术;发展趋势;无线通信;移动用户
中图分类号:TB
文献标识码:A
doi:10.19311/ki.1672 3198.2016.22.096
1 无线通信技术的发展历程
无线通信技术随着时展需要而得到了持续的发展进步,在这个信息化步伐不断加快的时代,人们的生产生活都受到了越来越多有关无线通信技术的影响。而从无线通信的产生到现在的发展盛况,其实经历了很长的一段时间,现在取得的成就离不开这一行业的技术人员付出的巨大的努力。
自无线通信技术的产生到现在的蓬勃发展可将其发展历程分为五个阶段:
(1)第一阶段:20世纪20年代初~50年代初,无线通信设备只在航海船舰和军需用品中得到较广泛的应用,当时采用的还是短波频和电子管技术,传输速率还很慢,传输效果不好,传输受到客观条件的制约,传输质量容易受各种环境因素的影响,直到在这个阶段尾端才出现150MHZ VHF单工汽车公用移动电话系统―MTS。
(2)第二阶段:20世纪50年代~60年代,在这个时期无线通信技术的频段已经扩展到UHF450MHZ,半导体设备器件技术已经开始逐渐成熟,并解决了很多之前的技术难题。
(3)第三阶段:20世纪70年代初~80年代初,这个时期频段已经扩展到了800MHZ,第一代移动通信系统已经产生了,并迅速打入了市场。
(4)第四年代:20世纪80年代~90年代数字技术的成功应用对无线通信的发展也有很大的影响,以GSM为代表的第二代蜂窝移动通信系统和以数字音频广播/数字视频广播DAB/DVB为标志的数字广播系统相继涌现。
(5)第五阶段:20世纪90年代,无线通信技术取得技术性的突破,多媒体业务和用户需求也日益拓展,第三代移动通信(3G)开始兴起。
(6)如今,4G技术不断成熟,无线通信技术也得到很大的进步。
2 无线通信技术的特点
2.1 无线通信技术之间的互补性日益明显
传统意义上来说,在不同的通信领域内,所应用的无线通信技术也不尽相同,在一种场所或地域所适用的无线通信技术,可能在另一种场所或地域的使用效果就不尽如人意了。从当前无线通信技术的发展趋势来看,随着技术的革新和突破,各种无线通信技术之间也在取长补短,实现优势互补。
2.2 通信技术的地域差异性明显
通信技术的发展受到各种各样的因素的影响,地区间的科学技术的差异和用户地域分布的不平衡等多重因素共同作用于不同地区的通信技术差异。不同国家和地区间存在着发展不平衡的现象,并且发展差距也在日益拉大。
2.3 宽带化成为了无线通信技术的重要发展方向
随着无线通信技术的不断革新和突破,宽带无线通信技术热点也在不断创新,技术员在这方面的研究不断深入,无线通信技术应用也越来越广泛。
2.4 国家对无线通信行业实行大力扶持
科技对政治经济有着重大的反作用,无线通信领域是众多科技行业中的关键领域,为了增强我的综合国力,提高国家的软实力,贯彻科教兴国的战略,我国当前也越来越重视无线通信这一关键科技领域的发展,并在这一行业中投入了大量的人力、物力、财力。近几十年来,我国已在无线通信领域取得了较大的技术突破,这一行业也呈现着良好的发展态势,但是与其他发达国家相比仍存在不可忽视的差距,所以,我们也应该敢于迎接挑战,发展技术,致力于缩小与其他国家的差距。
3 现代无线通信技术的种类
在当今信息时代,各行各业的信息革命如大潮涌起,发展势头强劲,竞争也日趋激烈,无线通信行业也不例外。随着无线通信技术的不断革新和突破,现代无线通信技术在获得新的发展机遇的同时,也在面临着新的发展挑战。为了符合时展需要,迎合客户新的消费需求,提供更高质量的通信服务,这个领域的技术人员也在不断努力,现代无线通信技术也在不断进步和完善.从当前来看,无线通信技术主要有以下几种:
(1)根据传输的距离为依据进行:无线通信技术主要分为以下四种技术,无线个域网、无线局域网、无线城预网和无线广域网,其中UWBW、LAN是短距离的无线通信技术接入的主要代表,而广为人知的GPRS、GSM、4G是长距离的无线通信技术接入的主要代表。
(2)根据无线通信技术的移动性为依据进行划分,无线通信技术的移动接入可以划分为固定接入与移动接入,其中,移动无线通信技术的接入主要由WPAN、WWAN、WIMAX组成,而固定无线通信技术的接入主要由LMDS、MMDS组成,而且在宽带上可分为宽带的无线接入与窄带的无线接入。
4 无线通信技术的未来发展趋势
4.1 无线通信技术趋于融合
从传统意义上的不同领域场所的各种无线通信技术具有差异到如今的各种无线通信技术之间通过技术的交流,实现优势互补,各种无线通信技术所适用的方向也日趋相同,各种无线通信技术之间也越来越接近融合,这对未来无线技术更深层次的技术突破提供了可能。
关键词:4G移动通信 关键技术 发展前景
中图分类号: TN929 文献标识码: A
1、4G 移动通信技术
第四代移动通信技术 (4G) 的概念可称为广带(Broad-band)接入和分布网络,具有超过 2 Mb/s 的非对称数据传输能力,对全速移动用户能提供 150 Mb/s 的高质量的影像服务,并首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网(WLAN)、移动广带系统和互操作的广播网络。4G移动通信技术主要是利用无线技术连接多个固定平台或者频带不同的网络,通过这种方式来提供服务,而且互联网和宽带的链接不受时间地点的限制,即使是平流层通信和卫星通信链接起来也非常方便。4G技术具有多种综合,不仅可以提供通信服务,而且具有远程控制、采集数据、定时定位等功能。并且4G技术系统由多种功能的移动宽带组成,为宽带与IP连接的提供支持。
2 、4G 移动通信的关键技术
2.1、OFDM
OFDM全称是正交频分复用技术,它是4G通信移动技术中的核心部分。虽然OFDM也属于多载波调制技术,但却受到高度关注,因为它具有普通的多载波技术所没有的一些优点,具体表现在以下几点:
(1)可以提高频谱的利用率,与以往的串行系统相比,其利用率几乎翻了一番。相邻的两个OFDM子载波可以彼此重叠,信号利用率大大提高,几乎达到了Nyquist的极限数值;
(2)具有很强的抵抗衰落的能力。OFDM利用子载波来传递用户的信息资料,与过去的单载波相比,信号在子载波上停留的时间延长了好几倍,这样OFDM就能够进一步降低脉冲噪声,减缓信道衰落的速度;
(3)传递数据的速度更快。OFDM中包含多个子载波,能够适应不同的调制方式,可以根据噪声环境和信道情况选择合适的调制机制。如果信道情况比较好,选择的调制机制效率就比较高;如果信道情况不好,选择的调制机制就应该能够抵抗外界干扰。并且,OFDM引入了加载算法技术,能够把不同的数据资料集中在一起,通过速度高的信道来传送。这就是OFDM技术可以高速传递数据的原因所在。
2.2、智能天线技术
智能天线采用了空时多址(SDMA)的技术,利用信号在传输方向上的差别,将同频率或同时隙、同码道的信号进行区分,动态改变信号的覆盖区域,将主波束对准用户方向,旁瓣或零陷对准干扰信号方向,并能够自动跟踪用户和监测环境变化,为每个用户提供优质的上行链路和下行链路信号,从而达到充分利用移动用户信号并消除或抑制干扰信号的目的。
现在,智能天线主要有两种不同的工作方法,一是全自适应方法,二是波束切换方法。首先来看全自适应方法,单纯从理论上来看这种方法是非常优越的,可是任何一种计算方式都需要大量的数据,进行大量的计算,如果只有一种信道,计算速度就会受到影响,甚至还有可能发生错误,如果存在多种外界干扰和多径效应严重,尤其是信道发生快速变化的时候,就会难以实时跟踪既定的用户。而波束切换的工作方法以存在预多波束为前提,通过计算在整个空间区域覆盖不同的波束,每个波束都有对应的主瓣方向,在两个邻近的波束之间主瓣还会发生部分重叠,在接收信号时选择一个波束就可以完成任务。相比全自适应方法,波束切换方式更容易操作,这也是智能天线未来发展的一个主要方向。
2.3、软件无线电技术
最理想的4G通信方式是任何一个人随时随地都能连接到网络,要实现这个理想,在移动设备的终端要设置多种不同类型的无线接口,保证信号能够在不同的网络空间内自由传送,而且能够通过转换信号能够开展多种形式的业务。在这种情形下,4G系统就需要增加程序复杂的软件。因此,有的专家提出使用软件无线电技术,这是一种新兴技术,是在微电子技术的基础上发展起来的。现代的通信技术为其提供理论基础,微电子技术为其提供大力支持,软件无线电技术得到了快速发展,其核心任务就是处理数字信号。软件无线电一经提出就得到了业内人士的高度重视,因为这是一种新的科学技术,不仅具有巨大的发展空间,还拥有非常广阔的市场空间。软件无线电工作的平台是最简单的,也是可以通用的,它通过平台升级和增加软件来发挥无线电技术的功能,这是一种新的设计思路。
3 、4G 移动通信技术的应用前景
4G移动通信技术在我们的生活中运用的越来越广泛,而且应用前景非常之广阔,在今后,4G移动通信技术将会有着交互干扰抑制技术、可重构性和网络自愈技术和无线接入网技术等多方位的发展。
(1)交互干扰抑制技术。4G通信技术是建立在交互干扰抑制技术这个基础上的,通过交互的方式来减少不同通信设备之间的干扰,从而提高移动信号的传输质量。
(2)可重构性和网络自愈技术。4G通信技术安装了智能处理软件,在出现基站超负荷运行或者节点发生故障时,其问答设置可以快速找到原因,及时解决问题,对错误予以纠正,这就是网络故障自动排除的原理。
(3)无线接入网技术。4G通信技术的容量大,运行速度快,但是消耗的成本低,并且无线接入网技术一改现有的电路交换和设备分集的模式,开始向IP分组交换和网络分集的方向发展。这种新的网络结构以IP技术为核心,可以在固定网、W-LAN、3G、4G等网络之间自由流转,为下一代的通信技术的诞生奠定基础。以OFDM为基础的4G移动通信技术,信号强大、覆盖范围广,无线接入能力十分强大。在社区实现无线接入相对有线连接也更为便捷简易,随时随地为用户服务。即便是在破旧偏远的社区楼房也仍旧能够实现无线信号覆盖,打破了有线的限制和各种障碍。
(4)4G移动通信技术在手机上得到广泛应用。3G移动通信技术在手机上得到最广泛的应用,使手机功能更为强大,越来越智能化。4G移动通信技术具备信息高速度的传输优势,尽快实现将4G移动通信技术应用于手机上,可以凸显更为强大的影响力,带动手机智能化的突破发展,实现手机用户身份鉴定。
4、结论:社会在4G移动技术的支持下,能够实现广大用户通信的便利,用户接入网络更加方便,不受时间地点的限制,电子商务也能够进行网上移动办公,不同行业系统都可以使用,我们的社会将实现质的提高,因此我们要抓准这个时机,加大对4G移动通信技术的开发研究,要知道它的市场空间非常广阔。同时,只有促进4G移动通信技术在更大范围和更深程度上的应用,才能提高通信的质量和速度,才能促进信息技术的进一步发展。
参考文献:
[1]刘艳萍,章秀银,胡斌杰. 4G 核心技术原理及其与 3G 系统的对比分析[J].移动通信,2004, 7(10):40-42.
[2]刘伟,丁志杰. 4G移动通信系统研究进展与关键技术[J]. 中国数据通信,2004(02).
关键词:通信技术;发展;应用;蓝牙
1 前言
当今世界经济领域中,信息产业是最具活力和竞争力的产业之一。从电话的商用化到如今,电信业走过了一百多年的风雨历程。这一百多年来,通信技术发展中最值得人们纪念的事件有:(1)摩尔发明了有线电报,它开创了人类信息交流的新时代;(2)马可尼发明了无线电报,开辟了通信技术的崭新领域;(3)载波通信的发明使一个物理介质上可以传送多路电话信号;(4)电视的出现使信息的交流和传输从声音发展到图像;(5)电子计算机是20世纪最伟大的发明;(6)集成电路极大的提高了信息传输能力和信息处理能力;(7)光纤通信是一种能够构筑未来信息化基础设施传输平台的通信介质;(8)卫星通信是通信进入了太空时代;(9)蜂窝移动通信提供了一种方便快捷的通信手段;(10)因特网的发明意味着信息时代的到来。电信业不仅为人与人之间的交流和沟通提供一种便捷、多样化的方式,而且已经发展成为国民经济的重要组成部分。
2 通信技术的发展趋势
2.1 核心网
目前,核心层正朝着扁平化、分布化的方向发展,在未来的几十年中核心网可能会消失,取而代之的是IP多媒体子系统。为了加强对IP网络和IP环境下多媒体业务的管控能力,电信业引入了MS 平台。它为各种新业务和融合业务提供了机遇,是一种较为成熟的可控可管手段。MS的引入方式可以是以业务驱动方式为主线,也可以是以网络驱动的方式。中国电信业引入MS平台采用以业务驱动为主线,并结合移动多媒体业务和FMC业务的方式。随着用户数量和业务种类的扩展,网络逐渐扩容和扩展成统一而融合的网络架构。
2.2 IP承载网从IPv4向IPv6过渡
网络体系、QoS保证和差异化业务、扩展性限制、可靠性、可用性、安全性、可用地址空间和频谱限制、可管可控可信任等问题已经成为IP承载网所面对的主要问题。而且全球的地址数量根本不能满足分配的需要。为了解决以上问题,IP承载网必然要从IPv4向IPv6过渡。但是由于政府部门的认识不统一,应用和内容商、终端厂商的态度不积极等原因,这一过程必然会存在诸多挑战。
2.3 移动网的发展
宽带化是移动网目前的发展方向。未来移动互联网的主要技术体制是LTE。移动互联网是互联网向移动终端的延伸、扩展和功能增强,可使运营商具有一定控制力。它是互联网发展过程的新阶段,具有小屏幕、弱能力、计费等诸多新的特点。宽带移动互联网通过标准互联网协议接入,将会成为互联网发展的主要模式。
2.4 传送网
由于40 Gbit/s难以满足需要,未来几年内我国的干线网容量将会扩展至100 Gbit/s。但是由于成本的优势,无法从40 Gbit/s直接跨越到100 Gbit/s。电信业将长期面临10/40/100 Gbit/s共存的状态。
2.5 接入网
目前,高端用户对下行接入带宽的需求大概在20Mbit/ s左右,未来五年内需求将会增长到50-100Mbit/s,接入网的发展趋势是宽带化、光纤化、无线化及光纤到户(FTTH)的规模化。据分析,FTTH 将会在发达城市新建区规模应用中占主导, 我国电信业已经决定将未来的发展重点调整到FTTH的方向上来。
3 通信技术的应用
近些年,无线接入技术成为迅速发展起来的新技术, 它不需要缆线类物理传输媒介而采用无线传播手段来代替部分接入网甚至入网的全部, 从而降低了成本、提高了灵活性,并且扩展了传输距离,是通信技术发展史上的重大飞跃。短距离之内的无线接入技术主要有蓝牙、红外线、DECT、IEEE802.11 和共享无线接入协议( SWAP) /HomeRF 等系统。这其中蓝牙系统最为典型,已经成为通信领域的新的热点。本文以蓝牙系统为例说明通信技术的应用。
目前,国际上已经为蓝牙标准制定了和计算机以及与Internet、PSTN、ISDN、LAN、WAN、xDSL 等网络的接口协议,通过其可以建立起和众多国际标准的连接。这样一来,我们可以使用无线传输来连接办公室或家庭中的电子设备, 如键盘、鼠标等。计算机可以采用蓝牙系统和其他设备或网络相连接, 使我们拥有一个可流动的办公室。数字照相机、数字摄像机等设备装上蓝牙系统, 可以随时随地的将所摄图片或影像传回指定的计算机上,同样蓝牙系统也可以应用到手机或其他设备上。装上蓝牙系统后,PD采用无线方式收、发E- mail 甚至浏览网页将更为方便;Headset可以和手机进行无线连接,可以在小范围内自由走动地打电话、收听音乐, 在较大的范围内召开电话会议。蓝牙的微型化、低功耗和低成本等特性在人们日常生活中的应用开拓了近乎无限的空间。
4 结语
未来十年中,电信业还会经历一系列动荡、重组与兼并。在未来电信业中,话音业务变为一种应用而已,电信网各层面的融合、IT与电信网的融合、三网三业融合、IT, 通信和传感的融合等将会成为电信业发展的主旋律。由于电信业的宏观政策环境比较差, 目前我国电信业逐步被边缘化。目前, 流量增长远远高于成本和收入的增长,这种畸变关系有待扭转。另外,我们还需预防产业链关系的 失衡。从通信行业整体状况来看,运营商的处境均较为艰难,利润增长速率多为负值,而产业链的利润每年以百分之几百的速率逐步上升, 如google, Y ahoo等。这种失衡的利润关系也会阻碍行业的良性发展。综上所述,我国的电信业还有很多问题亟待解决。
参考文献:
[1]韦乐平. 电信技术发展的趋势和挑战[J]. 重庆邮电大学学报(自然科学版), 2010, 22(5), 545-550.
关键词:电气工程技术;电气学科;发展
一、电气工程技术的发展史
电气工程(Electrical Engineering)是现代科技领域核心学科之一,传统的电气工程定义为用于创造产生电气与电子系统的有关学科的总和。
1.电磁学理论的建立及通讯技术的发展
大自然中的雷电使人类对电有了最早、最朴素的认识,天然磁石吸铁是人类对磁现象的最早观察,然而,人类对电磁现象的研究始于16世纪的英国,1663年德国科学家盖利克发明了摩擦起电的仪器,1729年英国科学家发现电荷可以通过金属传导等等,这是人类对电的早期实验,之后又出现了一系列具有里程碑意义的发现与发明。
任何科学发明与发现都是许许多多的科学家不懈努力的成果,德国物理学家欧姆、高斯、赫兹,美国物理学家亨利,俄国物理学家楞次等等都为电磁理论的形成作出过贡献。
电磁理论的建立为无线电通信揭示的发展奠定了基础,19世纪通信技术取得了突破性成果,先后发明了有线电报、有线电话和无线通信。
2.电工技术的初期发展
人类社会发展历程中经历了三次工业革命,对人类的进步起到了巨大的作用。第一次工业革命从18世纪中叶到19世纪中叶,以瓦特发明的蒸汽机为标志,以机械化为特征,中心在英国;第二次工业革命从19世纪后半期到20世纪中叶,以工业生产电气化为主要标志,其成果是电力、钢铁、化工“三大技术”与汽车、飞机和无线电通信“三大文明”,其中心在美国和德国;第三次工业革命从20世纪中叶到21世纪初,以社会生产、生活信息化为特点,又叫新技术革命。第二次工业革命就是从电工技术初创和应用开始的。
3. 新技术革命对电气工程技术的推动
20世纪中叶开始的第三次技术革命又称为新技术革命,以核能、宇航和电子计算机这三大技术为主要标志。这个时期的主要理论是信息论、系统论和控制论,这三大理论的创立为通信工程技术和现代科学技术的研究提供了全新的科学方法。
(1)计算机的升级换代对电气工程技术的推动。自19世纪第一台计算机问世以来,经过几十年的发展,计算机给人类社会带来了翻天覆地的变化,人类社会从此走进了信息时代。
(2)电子信息技术的发展。电子信息技术是计算机技术和电信技术相结合而形成的技术手段。20世纪通信技术得到了迅猛发展,人类社会生活也由此发生了巨大变革,人类从此进入信息时代。
电气工程技术发展史再次印证了这样两个真理:一是任何理论的创立和技术的进步都要靠众多科学家甚至一代代人的不懈努力而实现,特别是在学科相互融合交叉的今天。二是科学技术的每一次重大突破都会导致生产力的跨越式发展和人类社会的巨大进步,科技是第一生产力,创新是社会发展的推动力。
二、电气学科的发展
我国的电气工程始于1908年上海南洋公学的电机电工学科,就是上海交大的前身,距今也有100多年的历史了。1917年该校的电机专科设立了电讯门,即我国最早的无线电专业,如今的电子信息及计算机专业群都是由此发展演化而来的。1932年,清华大学设置了电机系。建国后,我国建立了一大批以工科为主的多科性大学,其中大多设立了电机工程系。1977年以后,大部分高校的“电机工程系”陆续更名为“电气工程系”,近几年来,部分高校又把“电气工程系”发展成为“电气工程学院”。我国的电气工程虽然与国外名称相同,但内涵有很大区别,我国大学一般都是强弱电分开,即电气类与电信类分设在不同的学院。
100多年以来,电气工程学科已发展成为覆盖多门类交叉学科、应用领域广阔的完善的学科,形成了强弱电结合、软硬件结合、机电结合的学科特点。
国外发达国家电气工程学科的发展呈现以下趋势:
(1)在学科中融入大量信息技术知识。在全球信息化的当今,信息技术以指数速度进步,它曾对电气工程学科的发展起到了巨大的推动作用,还将为电气工程领域的技术创新提供工具与技术支持,对电气学科的发展产生了决定性作用。国外发达国家的著名大学(如耶鲁大学、麻省理工学院等)大都把电气工程、通信工程、计算机工程放在同一学院,以利于在电气工程学科中融入大量的信息技术知识。
(2)与其他学科不断交叉融合,拓展了研究领域,大量的研究都是在跨学科领域开展的。
(3)与企业联系密切,科技成果转换能力强,引领产业技术更新。
三、电气技术的发展趋势
与电气工程学科相关的产业主要有电力工业、电气装备制造业以及几乎所有使用电力的行业,电气技术的发展与应用也主要集中在这些行业。
1.可再生能源技术
1995年全球可再生能源仅占一次能源的18%,预测到2050年可再生能源要占一次能源的22%,21世纪,光伏技术、风电技术、生物质发电技术等得到了快速发展。下面着重介绍人类的未来能源――氢能。科学家们一直致力于研究把氢能作为人类未来的能源,氢能有其他能源无与伦比的优势:
(1)清洁。其反应后的生成物为水和氮化氢,对环境没有污染。
(2)储量丰富。地球上的海水所含的氢用来发电就够人类用数亿年。
(3)热值高。单位重量的发热量叫热值,氢的热值是汽油的3倍,煤炭的4倍。现在世界上很多国家正在斥巨资研究这一能源,但目前还处在实验室阶段,距工业应用还有一段距离。
2.输电信技术
超导技术在电气工程中的广泛应用已成为发展趋势。
(1)超导储能系统。将电能转换为电磁能,利用超导线圈储存起来。超导储能系统是除电池储能系统之外的又一储能系统,其使用将提高电网的安全性。
(2)超导故障限流器。利用超导体超导与正常状态的转变特性,快速限制电力系统故障短路电流,保障电网安全。
(3)超导大容量电缆。可大大降低输电过程中的电耗,提高能源效率。
【关键词】 谐振耦合 无线充电 RFID 智能家居
一、引言
所谓无线充电技术通常指的是电能的无线传输技术,通俗的说,就是不借助实物连线实现电能的无线传达。这样做的好处是方便、快捷,减少在苛刻条件下使用电缆带来的危险性等。关于无线充电技术的研究开始较早,早在1900年,尼古拉・特拉斯就开始无线电能传输的实验,经过一百多年的发展,关于无线传电的方法多种多样,但是基本原理大概可以分为以下三种:电磁感应式、无线电波式、谐振耦合式,通过非辐射磁场内两线圈的共振效应实现中距离的无线供电。
从表1对比可知, 谐振耦合式无线充电技术的非辐射性、高效率等优点是其它无线充电技术无法相比的。所谓谐振耦合式就是利用接收线圈的电感和并联的电容形成共振回路,在接收端也组成同样共振频率的接收回路,利用谐振形成的强磁耦合来实现高效率的无线电能传输。该技术的出现引起了国内外学术界与工业界的巨大兴趣,被公认为目前最具发展前景的一种无线能量传输技术方案。
但是目前基于谐振耦合式的无线充电技术的研究偏向理论化,缺乏对实际应用有定量指导意义的研究成果,同时此技术传输功率较小远远不能完成大功率能量传输,也存在着能量损失较高等缺陷。但毋庸置疑,谐振耦合式无线充电技术对充电设备位置的灵活性以及充电设备的高效匹配性具有重要的实用价值。
二、国内外研究现状
无线能量传输的构想最早可以追溯到19世纪80年代,由著名电气工程师(物理学家)尼古拉・特斯拉(Nikola Tesla)提出。为证实这一构想,特斯拉建造了巨大的线圈用于实验使用。由于实验耗资巨大,最终因财力不足没有得到实现,随后也一直被技术发展水平所限制。
国外对无线充电技术的研究开展的比较早。1968 年,美国著名电气工程师P. E. Glaser在W. C. Brown提出的微波无线能量传输(WPT)概念的基础上提出了卫星太阳能电站(SSPS)的概念。随后美国,日本和欧洲等国都试图把这项技术作为获取新能源的手段,但由于该方案在技术上要求很高,故在实际使用上存在一定的局限性。随后,一家名为 Powercast 的公司推出了一款利用无线电波充电的充电装置,实现了距离为1米左右的低功率无线充电。
另一方面,在20世纪70年代,美国出现了电磁感应能量传输原理的无线电动牙刷。这项应用的传输功率和传输距离都不是很理想,但其无线的特征却恰好满足了其特殊条件下的应用要求。近年来,美国、日本、新西兰、德国等国家相继在这项技术上继续深入研究,目前已经研发了很多实用的产品:美国通用汽车公司研制出的 EV1 型电车;日本大阪幅库公司研制出的单轨型车和无电瓶自动货车;2013年10月,瑞典汽车制造商沃尔沃声称成功地研制出电磁感应式无线充电汽车。
国内对无线充电技术的研究相对较晚。目前在无线电波和电磁感应无线能量传输方面取得的主要成果有:2005年8月,香港城市大学电子工程学系教授许树源教授宣布成功研制出“无线电池充电平台”;中科院严陆光院士带领的研究小组从高速轨道交通的角度对运动型应用进行了性能分析;2007年2月,重庆大学自动化学院非接触电能传输技术研发课题组突破技术难点,设计的无线电能传输装置实现了600至1000W的电能输出,传输效率达到 70%。
谐振耦合式方案是2006年由美国麻省理工学院物理系助理教授 Marin Soljacic 所带领的研究团队提出来的。并于 2007 年 7 月 6 日在科学杂志《Science》上发表成果文献。团队利用该方案,成功的点亮了距离为2米外的一个60 瓦的灯泡,传输效率为40%左右。此项称为“Witricity”技术,该技术树立了无线充电技术发展史的里程碑。一年后,Marin Soljacic团队声称已将传输效率提高至90%。
由于该技术极具前景和市场,世界各国的相关机构和公司也不约而同的进行深入研究。2010 年 1 月,海尔在美国拉斯维加斯举行的国际消费电子展(CES)上展出了最新概念产品无尾电视。一方面,产品运用无线通信技术传输视频信号;另一方面,又使用谐振耦合式充电技术供电,真正实现了无线化。
三、发展疑难点及解决方案
3.1 如何克服干扰源的影响
无线能量传输系统工作在包含各种用电设备的电磁环境中,易受到外界电磁源的干扰。一方面,磁耦合谐振无线能量传输系统以磁场为能量传输介质,任何能感应到磁场的元件都可能成为负载,这种情况为无源干扰源,称为负载类干扰,干扰源称为负载类干扰体;另一方面,外磁场也会影响能量传输系统的磁场,这种情况为有源干扰,其干扰源为干扰场源。这些干扰都会降低系统的传输效率。根据无线输电原理,本文提出以下两个解决方案:(1)选择隔磁的充电空间。为了避免干扰源对能量传输系统的影响,可以把能力传输系统与干扰源隔离,故可以利用电磁屏蔽技术,使系统不受外界干扰源影响。电磁屏蔽的工作原理是利用反射和衰减来隔离电磁场的耦合,所以可以制作屏蔽体,来保护系统免受外界电磁波干扰。如屏蔽导电漆就是能用于喷涂的一种油漆,干燥形成漆膜后能起到导电的作用,从而屏蔽电磁波干扰。(2)控制能量传输系统的谐振频率。由磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究知,能量传输系统对干扰源的频率十分敏感。在实际应用中,0.5~25MHz 尚属于空白应用频率段,因此可以在设计能量传输系统的时候,使系统的谐振频率满足电磁耦合的同时尽量处于0.5~25MHz之间,这样有可能降低实际应用中的电子设备对无线能量传输系统的影响。
3.2 如何提高传输距离
美国麻省理工学院物理系助理教授 Marin Soljacic 所带领的研究团队成功地点亮了距离为 2 米外的一个 60 瓦的灯泡。但目前这种技术的最远充电距离只能达到2.7m,传输距离较近严重限制了它的应用。由于传输距离的远近与能量传输系统的电路结构密切相关,现提出如下解决思路:改变电路参数角度来提高传输距离。研究表明,传输距离受到频率、线圈参数等的影响。线圈的谐振频率越高,传输的距离越远;线圈的线径越大,传输的距离越远;线圈的直径越大,传输的距离越远;线圈的匝数越多,近距离传输效果强于远距离传输效果。因而可以综合频率、线圈参数等因素,选定合适的电路器件,使系统传输距离较远。
3.3 是否存在有害电磁辐射
磁耦合谐振式无线充电技术的原理告诉我们,由于电感线圈的存在,必然会产生磁力线辐射,那么这样的磁场会不会造成电磁辐射危害人们的身心健康呢?在电流的辐射方面,目前无线充电器基本上将交流电整流后转换为直流电,且功率极小,业内人士也一直在强调理论上对人的健康不构成威胁。但是辐射的问题,现在也只是停留在理论分析上,到底会不会,依旧是需要更进一步的理论分析和实验研究,只能让时间来证明。
四、发展前景及创新
4.1 RFID与无线充电技术的融合
射频识别技术是利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)传播来实现无接触式信息传递并通过所传递信息达到自动识别自标的一种技术,将RFID技术与无线充电技术相结合,对每个无线充电设备嵌入RFID电子标签,读写器通过射频信号同电子标签进行通信,保证被充电设备与充电系统的完全分离,实现能量的高效率无线传输。
4.2 智能家居与无线充电技术融合
智能家居是物联化的一个体现,最终发展方向之一是终端无线化。应用无线充电技术,可以使各家电系统自动获取电能,进一步实现智能家居的自动控制化。但在无线输电过程中产生的磁场是否会影响到各级系统装置的正常工作有待进一步考证。如果相互影响问题得到有效的解决,无线充电设备与常规家电设备能有效共存,则是智能家居与无线充电两大领域的完美结合,势必进一步改变人类生活。
4.3 电动汽车与无线充电技术融合
无线充电技术对手机等小型电子产品而言,是个锦上添花的新功能,对电动车产业而言,则可能是启动整个市场的关键。对电动汽车进行无线充电,没有外露的连接器,可以彻底避免漏电、跑电等安全隐患。同时采用电磁共振式无线充电技术,可以将电源和变压器等设备隐蔽在地下,让汽车在停车处或街边特殊的充电点充电。若能将无线充电技术应用于电动车产业,将是电动车行业的一大改革。
五、结束语
谐振耦合式无线充电技术是目前最被看好的无线充电技术之一,从长远来看具有广泛发展空间及应用前景。但是每一种无线输电方式都有一系列的关键问题需要解决,如何实现电磁共振式无线充电技术应用的大型化、高效化与距离化,是各国科学家探索研究的重点。随着技术水平的提升,无线充电技术发展迅速,应用逐渐成熟,技术普及逐步实现,在未来的各种场合,无线充电技术无疑将扮演重要角色,服务全人类。
参 考 文 献
[1] 曲立楠,磁耦合谐振式无线能量传输机理的研究,哈尔滨工业大学硕士论文,2010
[2] 范明,谐振耦合式电能无线传输系统研究,太原理工大学硕士论文,2012