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摘 要：如何处理信号衰落和信号干扰对于无线数据传输系统的设计是非常重要的，无线数据传输技术如何能够经受这两大挑战，这正是本文需要探讨的主题。
关键词：无线数据传输；信号衰落；信号干扰
无线数据传输是当今通信领域中最为活跃的研究热点之一。无线数据传输技术一般综合成本低，性能更稳定。只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。而且，无线数据传输技术的蓬勃发展以及掌上电脑和移动智能终端的大量普及，充分显示出无线数据传输技术的光明前景。不过，要想设计性能足以支持这些新兴应用并且健壮的无线网络，我们还面临着许多技术上的挑战。
一、无线数据传输技术面临的挑战
几年来，虽然无线数据传输技术应用得到了飞速发展，但每一项技术都有其应用的缺点，现在就有不少专家在研究无线数据传输技术发展面临的问题。无线数据传输技术之所以成为既富有挑战性又能引起研究人员兴趣的课题，其主要原因有两个，分别是信号衰落和信号干扰，这两个原因对于有线传输通信而言基本没有什么影响。
1.信号衰落
首先是衰落现象，由于多径衰落的小尺度效应，以及诸如由距离衰减引起的路径损耗和障碍物引起的阴影等大尺度效应，导致信道的时变特性增强。对于无阻挡传输，引起微波空间传输电平衰耗和衰落的主要是因为自由空间传播衰耗、降水衰落、大气吸收衰落、反射衰落、波导型衰落、闪烁衰落。比较而言，GSM和GPRS网络算是比较稳定的，信号衰落最小，而Zigbee技术和3G技术则表现的相对明显。无线传感器网络设计中，为了防止Zigbee信号传输中的信号衰减，在物理上和逻辑上都做了长久的分析，Zigbee节点的布置正是为了保证整个网络在物理上能够尽量减少障碍，从而防止信号衰减，逻辑上，则是优化算法，完善协议，保证数据的完整传输。3G技术在信号质量不高的情况下体现不出与GSM网络的优势，现在我国3G的覆盖面相对较小，城区多而乡镇少，信号衰减强度大，运营商基本是采取了增加基站的方法来保证3G网络用户的正常使用。
2.信号干扰
与有线传输中各发射机-接收机对通常看成相互隔离的点对点链路不同，无线用户是在空中进行数据传输，因此彼此之间存在严重的干扰。这里所说的干扰可以是与同一台接收机数据传输的发射机之间的干扰（例如蜂窝系统的上行链路），也可以是一台发射机发送给多台接收机的信号之间的干扰（例如蜂窝系统的下行链路），还可以是不同发射机-接收机对之间的干扰（例如不同小区中用户之间的干扰）。这一点对于工作于2.4GHZ频段的无线数据传输技术来说体现得尤为深刻，Bluetooth、Zigbee、无线局域网Wi-Fi、无线USB都处于同一频段，这些技术的电磁兼容问题日益凸显，信号干扰强度大。
二、无线数据传输技术的思考与探讨
1.注重网络规划与优化
网络优化是一直提到的问题，良好的网络规划可以有效避免信号的衰落。无线信道不仅带宽有限，而且有随机多变的特性，网络难以保持固定的性能，因此在网络规划与建设中要保持无线数据传输链路的足够健壮。无线信道的特性决定了无线网络设计与有线网络设计的截然不同。随机的无线信道不是理想的傳输媒介。无线频谱是稀缺资源，必须分配给不同的系统和业务使用，因此无线电频谱必须由区域性和全球性的管理机构控制。工作于给定频段的区域性或全球性无线通信系统必须遵守相应管理机构对这一频段做出的种种规定。在无线基站的建立时，必须经过详细的地址选择和市场调查，确定基站个数，基站容量以及基站地址。在不浪费资源的情况下，尽可能低防止因网络规划不当而造成无线数据传输技术信号的大幅度衰落。
2.优化信号传输算法
速度与容量是无线数据传输技术重点关心的问题，当数据传输速率高时，无线信道的多径频率选择性衰落是制约系统性能的主要矛盾。因此研究更好的算法是很有必要的。现在用于信道传输的算法比较多，比如矢量单载波域均衡算法就很好了解决了信号传输的多径衰落问题。也可以采用网络优化算法，来提高网络的稳定性，加强抗干扰的能力，当然有时候稳定性与带宽流量是有一定的冲突的，此时便要根据具体情况而定，如果既要保证带宽能达到基本传输要求，又在最大限度上加强无线数据传输的网络鲁棒性，应对数据干扰。
3.智能天线的使用
采用智能天线控制接收方向，自适应地构成波束的方向性，可以使得延迟波方向的增益最小，降低信号衰落的影响。智能天线还可用于角度分集，也可减少衰落。智能天线可以利用各个移动用户间信号传播方向的差异，将同频率、同时隙的用户信号区分开来，由此可在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。它的基础是用户信号的空间特征。将其和其他多址技术相结合，可以最大限度地利用有限的频谱资源。
4.基站天线选取与布置
小扇区化、定向天线、多用户检测、动态资源分配等来解决不同频区间干扰。复用距离应尽可能小以增加频率复用的次数，从而最大地提高频带利用率，还有就是网路建设时，利用天线的空间隔离来减少发射机之间的耦合，天线之间空间隔离衰耗的大小与2副天线架设的相对位置有关。水平架设时，间距要大于其中较大波长的1.5～2.0倍；垂直架设时，间距要大于其中较大的波长，应选用水平半功率角接近于60度的天线。这样的天线所构成的辐射方向图接近于理想的三叶草型蜂窝结构，与现网适配性较好，有助于控制越区切换。城区基站一般不要求大范围覆盖，而更注重覆盖的深度。农村地区采用单极化天线，因为极化分集依赖于移动台周围反射体和散射体的分布，对于地物分布相对较稀疏的，极化分集效果不如空间分集，当然对特别平台的区域，没有明显阻挡，话务需求较小，预期覆盖范围也较小，则可以选用全向天线。
虽然无线数据传输技术中的衰落和干扰的会在多个层间产生结果，但大部分的研究眼光还是停留在提高空中接口的可靠性上，其实，能够综合多层的结构来分析信号衰落和信号干扰更加科学，只有这样才能更好地解决无线数据传输中的各种衰落与干扰。
关键词：无线数据传输；信号衰落；信号干扰
无线数据传输是当今通信领域中最为活跃的研究热点之一。无线数据传输技术一般综合成本低，性能更稳定。只需一次性投资，无须挖沟埋管，特别适合室外距离较远及已装修好的场合；在许多情况下，用户往往由于受到地理环境和工作内容的限制，例如山地、港口和开阔地等特殊地理环境，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线的施工周期将很长，甚至根本无法实现。这时，采用无线监控可以摆脱线缆的束缚，有安装周期短、维护方便、扩容能力强，迅速收回成本的优点。而且，无线数据传输技术的蓬勃发展以及掌上电脑和移动智能终端的大量普及，充分显示出无线数据传输技术的光明前景。不过，要想设计性能足以支持这些新兴应用并且健壮的无线网络，我们还面临着许多技术上的挑战。
一、无线数据传输技术面临的挑战
几年来，虽然无线数据传输技术应用得到了飞速发展，但每一项技术都有其应用的缺点，现在就有不少专家在研究无线数据传输技术发展面临的问题。无线数据传输技术之所以成为既富有挑战性又能引起研究人员兴趣的课题，其主要原因有两个，分别是信号衰落和信号干扰，这两个原因对于有线传输通信而言基本没有什么影响。
1.信号衰落
首先是衰落现象，由于多径衰落的小尺度效应，以及诸如由距离衰减引起的路径损耗和障碍物引起的阴影等大尺度效应，导致信道的时变特性增强。对于无阻挡传输，引起微波空间传输电平衰耗和衰落的主要是因为自由空间传播衰耗、降水衰落、大气吸收衰落、反射衰落、波导型衰落、闪烁衰落。比较而言，GSM和GPRS网络算是比较稳定的，信号衰落最小，而Zigbee技术和3G技术则表现的相对明显。无线传感器网络设计中，为了防止Zigbee信号传输中的信号衰减，在物理上和逻辑上都做了长久的分析，Zigbee节点的布置正是为了保证整个网络在物理上能够尽量减少障碍，从而防止信号衰减，逻辑上，则是优化算法，完善协议，保证数据的完整传输。3G技术在信号质量不高的情况下体现不出与GSM网络的优势，现在我国3G的覆盖面相对较小，城区多而乡镇少，信号衰减强度大，运营商基本是采取了增加基站的方法来保证3G网络用户的正常使用。
2.信号干扰
与有线传输中各发射机-接收机对通常看成相互隔离的点对点链路不同，无线用户是在空中进行数据传输，因此彼此之间存在严重的干扰。这里所说的干扰可以是与同一台接收机数据传输的发射机之间的干扰（例如蜂窝系统的上行链路），也可以是一台发射机发送给多台接收机的信号之间的干扰（例如蜂窝系统的下行链路），还可以是不同发射机-接收机对之间的干扰（例如不同小区中用户之间的干扰）。这一点对于工作于2.4GHZ频段的无线数据传输技术来说体现得尤为深刻，Bluetooth、Zigbee、无线局域网Wi-Fi、无线USB都处于同一频段，这些技术的电磁兼容问题日益凸显，信号干扰强度大。
二、无线数据传输技术的思考与探讨
1.注重网络规划与优化
网络优化是一直提到的问题，良好的网络规划可以有效避免信号的衰落。无线信道不仅带宽有限，而且有随机多变的特性，网络难以保持固定的性能，因此在网络规划与建设中要保持无线数据传输链路的足够健壮。无线信道的特性决定了无线网络设计与有线网络设计的截然不同。随机的无线信道不是理想的傳输媒介。无线频谱是稀缺资源，必须分配给不同的系统和业务使用，因此无线电频谱必须由区域性和全球性的管理机构控制。工作于给定频段的区域性或全球性无线通信系统必须遵守相应管理机构对这一频段做出的种种规定。在无线基站的建立时，必须经过详细的地址选择和市场调查，确定基站个数，基站容量以及基站地址。在不浪费资源的情况下，尽可能低防止因网络规划不当而造成无线数据传输技术信号的大幅度衰落。
2.优化信号传输算法
速度与容量是无线数据传输技术重点关心的问题，当数据传输速率高时，无线信道的多径频率选择性衰落是制约系统性能的主要矛盾。因此研究更好的算法是很有必要的。现在用于信道传输的算法比较多，比如矢量单载波域均衡算法就很好了解决了信号传输的多径衰落问题。也可以采用网络优化算法，来提高网络的稳定性，加强抗干扰的能力，当然有时候稳定性与带宽流量是有一定的冲突的，此时便要根据具体情况而定，如果既要保证带宽能达到基本传输要求，又在最大限度上加强无线数据传输的网络鲁棒性，应对数据干扰。
3.智能天线的使用
采用智能天线控制接收方向，自适应地构成波束的方向性，可以使得延迟波方向的增益最小，降低信号衰落的影响。智能天线还可用于角度分集，也可减少衰落。智能天线可以利用各个移动用户间信号传播方向的差异，将同频率、同时隙的用户信号区分开来，由此可在同一信道上接收和发射多个移动用户信号而不发生相互干扰，使无线电频谱的利用和信号的传输更为有效。它的基础是用户信号的空间特征。将其和其他多址技术相结合，可以最大限度地利用有限的频谱资源。
4.基站天线选取与布置
小扇区化、定向天线、多用户检测、动态资源分配等来解决不同频区间干扰。复用距离应尽可能小以增加频率复用的次数，从而最大地提高频带利用率，还有就是网路建设时，利用天线的空间隔离来减少发射机之间的耦合，天线之间空间隔离衰耗的大小与2副天线架设的相对位置有关。水平架设时，间距要大于其中较大波长的1.5～2.0倍；垂直架设时，间距要大于其中较大的波长，应选用水平半功率角接近于60度的天线。这样的天线所构成的辐射方向图接近于理想的三叶草型蜂窝结构，与现网适配性较好，有助于控制越区切换。城区基站一般不要求大范围覆盖，而更注重覆盖的深度。农村地区采用单极化天线，因为极化分集依赖于移动台周围反射体和散射体的分布，对于地物分布相对较稀疏的，极化分集效果不如空间分集，当然对特别平台的区域，没有明显阻挡，话务需求较小，预期覆盖范围也较小，则可以选用全向天线。
虽然无线数据传输技术中的衰落和干扰的会在多个层间产生结果，但大部分的研究眼光还是停留在提高空中接口的可靠性上，其实，能够综合多层的结构来分析信号衰落和信号干扰更加科学，只有这样才能更好地解决无线数据传输中的各种衰落与干扰。