无线传输技术在安全生产信息化中的应用

无线通信是指利用无线电波传播信息的通信方式，无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的电磁波。无线传输技术可用于传输电报、电话、传真、图像、数据和广播电视等通信业务，与有线传输技术相比，不需要架设传输线路、不受通信距离限制、机动性好、建立迅速，在安全生产信息传输，尤其突发事故现场的信息传输中有广泛的应用。

1.无线通信系统的基本构成

无线通信系统是利用空间电磁波作为传输介质，在空中传递信号，在发信设备与收信设备上需要安装天线来完成电磁波的辐射与接收。图4-7所示的为无线通信系统的构成框图。

图4-7 无线通信系统构成框图

由于原始的信息，如语音、数据、图像等，都是频率比较低的信号，如音频信号在300～3400Hz，视频信号超过6MHz，这样的信号均不利于天线的辐射和电磁波的传播，因此发信设备要将低频信息加到高频载波信号上，这个过程称为调制。频率变换器进一步将信号变换成发射电波所需要的频率（如段波频率、微波频率），经过功率放大，再通过天线辐射出去进行传输。在接收设备中首先通过天线接收信号，再经过信号放大、频率变换，最后通过解调的过程再将原始信息恢复出来，从而完成无线通信。

2.无线传输技术

（1）移动通信技术

移动通信是指通信的双方至少有一方在运动中实现通信的方式，包括移动台与固定台之间、移动台与移动台之间、移动台与有线用户之间的通信。在移动通信中，常处于移动状态的电台称为移动台，而处于固定状态的电台称为基地台或基站。

典型的移动通信系统由移动台、基站子系统、移动交换中心等组成，如图4-8所示。移动台是移动通信系统的用户设备，包括收发信机、天线、电源等，移动台可以是手持机、寻呼机、对讲机和车载台等；基站子系统一般建在覆盖区域的中央或边缘，包含收发信机、天线共用设备、天线、馈线和电源等，基站一般具有较大的发射功率，且天线架设较高，同时开通多个射频频道，形成一个可靠的覆盖区域，即无线小区；移动业务交换中心主要由交换和控制设备组成，其作用除了交换无线信号外，还对整个移动通信系统进行控制管理，是协调呼叫路由的控制中心，移动业务交换中心还可以通过中继线与市话局连接，实现移动用户与市话用户的通信，从而构成有线、无线相结合的综合通信网。

图4-8 移动通信系统的组成

常用的移动通信系统有寻呼系统、无绳电话系统、蜂窝移动电话系统、集群移动通信系统、无中心移动通信系统、卫星移动通信系统、数据移动通信系统等。

（2）短波通信技术

短波通信是指利用波长为10～100m（频率约为2～30MHz）的电磁波进行的无线通信，也称为高频无线电通信。由于短波通信具有抗毁性强、灵活方便、设备简单、造价低廉、通信距离远等特点，通常作为军事指挥的重要通信手段之一，并且广泛地用于政府、外交、气象、商业等部门，用来传送语音、文字、图像和数据等信息。

短波通信是依靠电离层发射进行通信的，因此短波电台能够以较小的功率实现远距离通信，但由于电离层的性能随时间、空间及电波频率而变化，会引起信号的幅度衰落、相位起伏等现象，严重地影响了短波通信的质量。另外，短波波段还存在许多干扰，如电台间的相互干扰，以及天电干扰、工业干扰等，因此必须采用相应的抗干扰措施才能保证短波通信的质量。

短波通信系统的优点有以下几个方面：①短波通信抗毁性强，适用于军事通信，在当今高技术的军事通信中，卫星易被敌方摧毁，地面中继站系统易发生故障，而短波通信具有不易“摧毁”的“中继系统”——电离层。②机动灵活，能满足战争条件下的通信需要，这一点也特别适应于安全生产事故处理中的信息通信需要。③随着微电子技术、微计算机技术和数字信号处理技术的发展及应用，通过采用自适应和抗干扰等技术，短波通信的稳定性、可靠性、通信质量、传输速率都已提高到一个新的水平，完全可以做成高质量、低成本的远距离通信线路，以满足安全生产信息通信的要求。

（3）卫星通信系统

1）卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在两个或多个地面站之间进行的通信，其中地面是指地球表面的无线电通信站。卫星通信是在地面微波中继通信和空间技术的基础上发展起来的，通信卫星的作用相当于离地面很高的微波中继站。若卫星运行方向和周期与地球自转的方向和周期均相同，则从地面上任意一点看去，卫星都是静止不动的，这种相对于地球静止的卫星简称为同步卫星，利用同步卫星进行的通信系统称为同步卫星通信系统，该系统是目前使用最广泛的卫星通信系统。

2）卫星通信具有以下几个优点：

①通信距离远，且建站成本几乎与通信距离无关。

②通信容量大，业务种类多，通信线路稳定可靠。

③覆盖面积大，便于实现多址连接。

④可以自发自收，对系统进行监测。

3）卫星通信存在以下几个缺点：

①卫星发射和控制技术比较复杂。

②有较大的传播延时和回波干扰。

③对于军用卫星通信，卫星公开暴露在空间轨道上，容易被敌方窃收、干扰甚至摧毁，所以军用卫星通信必须解决抗干扰、抗摧毁以及通信保密等问题。

④空间卫星，如同步卫星距地面35000km，既无人职守，更无人维修，为了延长其寿命，对卫星上成千上万个元件的质量要求非常苛刻。

4）目前，世界上建成了数以百计的卫星通信系统，归纳起来可进行如下分类：

①按卫星制式分类，有同步卫星通信系统、随机轨道卫星通信系统和卫星移动通信系统。

②按通信覆盖区域的范围分类，有国际卫星通信系统、国内卫星通信系统和区域卫星通信系统。

③按用户性质分类，有公用（商用）卫星通信系统、专用卫星通信系统和军事卫星通信系统。(www.xing528.com)

④按业务范围分类，有固定业务卫星通信系统、广播电视卫星通信系统和科学实验卫星通信系统。

⑤按基带信号体制分类，有模拟卫星通信系统和数字卫星通信系统。

⑥按多址方式分类，有频分多址（FDMA）卫星通信系统、时分多址（TDMA）卫星通信系统、空分多址（SDMA）卫星通信系统和码分多址（CD-MA）卫星通信系统。

一条卫星通信线路要由发射短地面站、上行线路、卫星转发器、下行线路和接收端地面站组成，如图4-9所示。

图4-9 卫星通信系统组成框图

卫星通信系统中的上行线路和下行线路就是卫星电波传播的路径，为了进行双向通信，每一地面均应包括发射系统和接收系统。由于收、发系统一般共用一副天线，因此需要使用双工器以便将收、发信号分开。地面站收、发系统的终端，通常都是与长途电信局或微波线路相连，地面站规模的大小则因通信系统的用途而定。转发器的作用是接收地面站发来的信号，经变频、放大后，再转发给其他地面站。卫星转发器由天线、接收设备、变频器、发射设备和双工器等部分组成。

（4）WLAN技术

无线局域网（WLAN）是使用无线信道作为传输媒介的计算机局域网，是有线联网方式的重要补充和延伸，并逐渐成为计算机网络中一个至关重要的组成部分。它使用无线电波作为数据传送的媒介，传送距离一般为几十米，广泛应用于需要数据处理或无法进行物理介质布线的领域，尤其适用于在安全生产事故现场构建临时局域网，以满足事故现场的信息传送。

无线局域网的要求与有线局域网相比有很大的不同：①无线传输要求分配相应的无线电频段，并且有严格的频率带宽和功率限制。②无线信号环境比较恶劣，不仅会受到多径衰落的影响，而且还不可避免地受到其他电子设备的干扰，同时无线局域网还可能与其他无线通信系统在同一区域共用相同频段，因此需要解决相互干扰、共存共容问题。③无线局域网系统应支持终端的移动性，支持连接检查管理、可靠性管理等功能。

（5）WiMAX技术

WiMAX（全球互联微波接入）是一项新兴的宽带无线接入技术，对应于IEEE 802.16系列标准，主要用于城域网。WiMAX由WiMAX论坛提出并于2001年6月成形，它可提供最后一公里无线宽带接入，能提供面向互联网的高斯连接，数据传输最远可达50km。

IEEE 802.16是IEEE 802LAN/MAN的一个工作组，成立于1999年，工作组名称是宽带无线接入标准，工作内容是开发宽带无线接入系统标准，包括空中接口及相关功能标准，标准涵盖2～66GHz的许可带宽和免许可带宽，是当前无线通信领域的前沿技术，是高斯连接最后一公里的廉价方法。它提供了用户站与核心网络之间的接入方式，如商务大厦、飞机场、停车场、展览中心、家庭等地方的用户可以通过IEEE 802.16网络接入到互联网。

WiMAX可以实现更远的传输距离，能实现50km的无线信号传输距离，是无线局域网不能比拟的，网络覆盖面积是3G基站的10倍；所能提供的最高接入速率达70MB/s，这个速率是3G所能提供的带宽速率的30倍。

现阶段WiMAX的主要应用系统是以IEEE 802.16d标准为主的固定宽带无线接入系统和以IEEE 802.16e标准为主的移动宽带无线接入系统，这两个系统的主要参数见表4-2。

表4-2 WiMAX系统的主要参数

（6）蓝牙技术

蓝牙技术是一种短距离无线数据和语音通信的全球性开放式技术规范，工作在2.4GHzISM开放频段。它以低成本的近距离无线连接为基础，为固定或移动通信设备之间提供通信链路，使得近距离内各种信息设备能够提供资源共享。蓝牙设备的组成如图4-10所示。

图4-10 蓝牙设备的组成

蓝牙技术具有如下特点：

1）蓝牙技术的开放性，该技术是一种开放性的技术规范，完全公开和共享。

2）蓝牙技术的通用性。蓝牙设备的工作频段是在全世界范围内都可以自由使用的2.4GHz的工业、科学、医学（ISM）频段，这样用户不必经过申请便可选用适当的蓝牙无线设备。

3）短距离。蓝牙无线技术通信距离较短，有效距离约为10～100m。

4）无线“即插即用”。蓝牙技术主要面向网络中的各种数据集语音设备，任意蓝牙设备一旦搜寻到另一个蓝牙设备，马上就可以建立联系，而无需用户进行任何设置。

5）抗干扰能力强。ISM频段是对所有无线电系统都开发的频段，工作在ISM频段的无线电设备有很多种，如家用微波炉、无线局域网等，为了很好地抵抗来自这些设备的干扰，蓝牙采用跳频技术来扩展频谱，将2.402～2.4835GHz频段分成79个频点，相邻频点间隔1MHz，蓝牙设备在某个频点发送数据后，再跳到另一个频点发送，建链时的跳频速率是3200hop/s，传送时的跳频速率为1600hop/s，采用这样高的跳频速率，使得蓝牙系统具有足够高的抗干扰能力，且硬件简单、性能优越。

6）支持语音和数据通信。

7）组网灵活。

8）通信协议采用层次式结构，各种蓝牙设备在任何地方都可以通过人工或自动查询来发现其他蓝牙设备，从而构成主从网和分散网，实现系统提供的各种功能，使用方便。

9）蓝牙模块体积很小、功耗低，便于集成。

10）成本低。