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時(shí)間：2022-04-08 04:12:45
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在工業(yè)、科學(xué)研究以及醫(yī)療設(shè)備中，目前出現(xiàn)了大量需要進(jìn)行通信的設(shè)備，這些設(shè)備通信距離較近、數(shù)據(jù)量較小、不適合布線。比如自動(dòng)抄表系統(tǒng)、酒店點(diǎn)菜系統(tǒng)以及現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等，其中有很多設(shè)備是可移動(dòng)的，而且要求何種小便于攜帶。因此，要求其通過(guò)設(shè)備具有體積小、功耗低、成本低、使用方便等特點(diǎn)?；谶@些需求，本文給出了一款超低功耗的無(wú)線數(shù)字傳輸模塊的設(shè)備及實(shí)現(xiàn)方法。
該模塊采用Chipcon公司的超低功耗FSK調(diào)制解調(diào)芯片CC1000和Microchip公司的低功耗單片機(jī)PIC16F73，從而保證了系統(tǒng)的超低功耗。同時(shí)，為了適應(yīng)電池供電系統(tǒng)的應(yīng)用，該模塊支持查詢方式的無(wú)線通信，可以使系統(tǒng)的平均工作電流低至10μA。該模塊具有8組信道，可以實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的半雙工通信，并且提供標(biāo)準(zhǔn)串行數(shù)據(jù)接口，支持TTL、RS232和RS485通信接口，可以方便地與其它控制器或計(jì)算機(jī)連接。
圖1
1模塊硬件設(shè)計(jì)
模塊結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
作為工作在物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的底層通信設(shè)備，該系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的調(diào)制解調(diào)、假數(shù)據(jù)過(guò)濾、數(shù)據(jù)組合、解碼數(shù)據(jù)幀、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。在接收過(guò)程中完成數(shù)據(jù)由電信號(hào)向位流、由位流數(shù)據(jù)向字節(jié)，由字節(jié)向數(shù)據(jù)幀的變換，而在發(fā)送過(guò)程中則完成接收到的逆向過(guò)程。數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中數(shù)據(jù)流的變化如圖2所示。
調(diào)制解調(diào)由CC1000完成。系統(tǒng)采用頻移鍵控調(diào)制（FSK），載波頻率為434MHz，帶寬為64kHz，數(shù)據(jù)采用差分曼徹斯特編碼發(fā)送，空中發(fā)送數(shù)據(jù)速率可以根據(jù)需要設(shè)置，最高FSK數(shù)據(jù)速率為76.8kpbs。CC1000采用三線命令接口和兩線數(shù)據(jù)接口，可編程配置載波頻率和數(shù)據(jù)速率等內(nèi)容。有關(guān)CC1000的詳細(xì)內(nèi)容見(jiàn)參考文獻(xiàn)。
模塊控制器在發(fā)送時(shí)從用戶接口接數(shù)據(jù)和命令，并將用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀傳送給CC1000，控制CC1000進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。在接收時(shí)，控制器接收從CC1000傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，過(guò)濾噪聲，將數(shù)據(jù)由位流轉(zhuǎn)換為字節(jié)，進(jìn)行校驗(yàn)并將用戶數(shù)據(jù)通過(guò)串行口傳送給用戶，使用戶可以實(shí)現(xiàn)所發(fā)即所收。
模塊是為低功耗系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，除了具有SLP引腳可以直接休眠模塊外，還有一些專門(mén)設(shè)計(jì)的命令來(lái)支持使用查詢方式的通信。PCMD、RX、TX三線組成模塊的三線接口，配置命令時(shí)PCMD必須為高電平。配置命令工作時(shí)序如圖3所示。
發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)PCMD應(yīng)置為低電平，通過(guò)串行口發(fā)送數(shù)據(jù)即可。模塊使用時(shí)間間隔區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)幀，如果有傳輸半個(gè)字節(jié)的時(shí)間沒(méi)有接收到數(shù)據(jù)，則認(rèn)為此前接收到的為一幀數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將編碼該幀數(shù)據(jù)并通過(guò)CC1000進(jìn)行調(diào)制和發(fā)送。因此，如果用戶數(shù)據(jù)是以數(shù)據(jù)幀的格式發(fā)送的，用戶應(yīng)當(dāng)連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，以避免模塊將一幀數(shù)據(jù)分割為兩幀數(shù)據(jù)發(fā)送，從而降低發(fā)送效率。模塊只能進(jìn)行半雙工通信，沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)模塊處于接收狀態(tài)；有休眠信號(hào)時(shí)模塊進(jìn)入體眠狀態(tài)，此時(shí)模塊無(wú)法接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，只有將模塊喚醒后，才能發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。READY信號(hào)是模塊工作狀態(tài)指示信號(hào)。當(dāng)READY長(zhǎng)時(shí)間處于低電平狀態(tài)時(shí)，可以使用RST將模塊復(fù)位，重新設(shè)置模塊的工作狀態(tài)，以避免模塊處于錯(cuò)誤工作狀態(tài)。
2軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件采用專門(mén)為PIC單片機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化，能夠?yàn)镻IC系列單片機(jī)產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)高效的代碼，具體內(nèi)容參考文獻(xiàn)。系統(tǒng)控制器軟件設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的核心內(nèi)容，由于控制器要完成與用戶和CC1000雙方的通信及數(shù)據(jù)封裝，因此系統(tǒng)軟件借用Windows系統(tǒng)的消息循環(huán)機(jī)制設(shè)計(jì)，采用消息循環(huán)的體系結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)使得程序結(jié)構(gòu)清晰、可擴(kuò)展性強(qiáng)、可移植性強(qiáng)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的初中，證明這種結(jié)構(gòu)非常適合單片機(jī)系統(tǒng)軟件的開(kāi)發(fā)。
圖4為程序初始化和主函數(shù)部分的結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)程序總線結(jié)構(gòu)采用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制。在系統(tǒng)內(nèi)部寄存器和變量初始化完成后便可以進(jìn)入消息循環(huán)程序查詢系統(tǒng)消息。系統(tǒng)消息一般是CPU外部或內(nèi)部的事件通過(guò)CPU中斷系統(tǒng)激勵(lì)CPU運(yùn)行的。為了能夠使系統(tǒng)產(chǎn)生和響應(yīng)消息，必須啟動(dòng)CPU的中斷系統(tǒng)，因而在進(jìn)入消息循環(huán)前啟動(dòng)CPU定時(shí)中斷、串行通信中斷、外部觸發(fā)中斷。程序初始化部分在CPU上電或復(fù)位后只執(zhí)行一次，CPU在正常工作時(shí)即將終都在消息循環(huán)中反復(fù)檢測(cè)消息是否存在，并根據(jù)消息的種類做不同的操作，最后清除相應(yīng)的消息標(biāo)志，再進(jìn)行循環(huán)檢測(cè)消息。本系統(tǒng)中消息共有三種，分別是程序節(jié)拍控制信號(hào)、與CC1000通信的信號(hào)以及與用戶通信的信號(hào)。程序節(jié)拍控制信號(hào)控制程序的運(yùn)行過(guò)程，包括時(shí)間信號(hào)、外部中斷信號(hào)（休眠、喚醒）以及其它定時(shí)動(dòng)作信號(hào)；與CC1000通信的信號(hào)包括CC1000狀態(tài)轉(zhuǎn)換信號(hào)、接收完成信號(hào)、發(fā)送開(kāi)始信號(hào)以及發(fā)送完畢信號(hào)等，負(fù)責(zé)管理與CC1000的通信和控制工作；與用戶通信的信號(hào)包括接收用戶數(shù)據(jù)完畢信號(hào)、用戶數(shù)據(jù)發(fā)送完畢信號(hào)以及向用戶發(fā)送數(shù)據(jù)開(kāi)始信號(hào)等，負(fù)責(zé)與用戶的通信管理。程序的消息循環(huán)結(jié)構(gòu)如圖5所示。
3模塊性能
3．1模塊功能
作為一款專門(mén)為低功耗系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的無(wú)線數(shù)字傳輸模塊，該模塊具有低電平供電、低功耗的特點(diǎn)。供電電壓范圍為3V～12V。當(dāng)供電電壓為3V時(shí)，在接收狀態(tài)下，模塊電流為9.6mA；在發(fā)送狀態(tài)下，模塊電流為25.6mA；在休眠狀態(tài)下，模塊電流為2μA。通信系統(tǒng)使用查詢方式工作時(shí)，處于接收的工作電流計(jì)算公式如下，即若休眠時(shí)間為dsl，檢測(cè)信號(hào)時(shí)間為tdt，那么平均工作電流為（單位為μA
）：
Ip=(tsl×2+tdt×9600)/(tsl+tdt)
因此，如果一個(gè)系統(tǒng)的休眠時(shí)間為8s,檢測(cè)時(shí)間為13μA。這樣，5400mAh的鋰電流可以使用47年！當(dāng)然，實(shí)際使用中應(yīng)該計(jì)算模塊處于接收狀態(tài)時(shí)的電流，此時(shí)模塊的功耗就取決于模塊工作的情況和傳輸數(shù)據(jù)量的大小，但是其極低的待機(jī)功耗對(duì)于移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)是十分重要的。
3．2通信可靠性
通信誤碼率可以使用如下近似公式計(jì)算：
Pe≈Ne/N
式中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總線；Ne為被傳輸錯(cuò)的碼元數(shù)，理論上應(yīng)有N∞。
在實(shí)際使用中，N足夠大時(shí)，才能夠把Pe近似為誤碼率。經(jīng)過(guò)對(duì)模塊的測(cè)試，在數(shù)據(jù)速率為2400bps、通信距離為100m(平原條件)時(shí)，通信誤碼率為10-3～10-5。在數(shù)據(jù)速率提高時(shí)，通信誤碼率會(huì)增加，但是通信模塊可采用多項(xiàng)技術(shù)來(lái)提高通信可靠性。在物理層，模塊采用差分曼徹斯特編碼技術(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)，從而保證通信中的同步問(wèn)題；而在數(shù)據(jù)鏈路層，使用CRC（循環(huán)冗余編碼）進(jìn)行數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)，用以保證數(shù)據(jù)到達(dá)用戶應(yīng)用層以后的可靠性。當(dāng)然，用戶在應(yīng)用層還可以采取多種通信協(xié)議來(lái)進(jìn)一步提高通信的可靠性。
3.3通信距離
在無(wú)線通信中，通信距離與發(fā)射機(jī)發(fā)送信號(hào)的強(qiáng)度和接收機(jī)接收靈敏度有著直接關(guān)系。本模塊的發(fā)送功率為10dBm，而在數(shù)據(jù)速率為2400bps、帶寬為64kHz、通信二進(jìn)制誤碼率為10-3條件下，模塊的接收靈敏度為-110dBm。在天線高于地面3m的可視條件下，可告通信距離（誤碼率小于10-3）大于300m。在市區(qū)環(huán)境中，可靠通信距離在10m左右。
圖5
4模塊應(yīng)用
一般的數(shù)字采集系統(tǒng)，是通過(guò)傳感器將捕捉的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數(shù)字信號(hào)，存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，或送給微處理器，或通過(guò)無(wú)線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端進(jìn)行處理。無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就是樣一套利用無(wú)線手段，將采集的數(shù)據(jù)由測(cè)量站發(fā)送到主控站的設(shè)備。
1系統(tǒng)組成
系統(tǒng)組成如圖1、圖2所示。
系統(tǒng)由測(cè)量站和主控站兩部分組成。測(cè)量站主要完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集、存儲(chǔ)，接收遙控指令并發(fā)送數(shù)據(jù)。主控站的主要工作是發(fā)送遙控指令、接收數(shù)據(jù)信息、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理、隨機(jī)顯示打印等。
2AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的串行通信
Atmel公司的AT89C51單片機(jī)，是一種低功耗、高性能的、片內(nèi)含有4KBFlashROM的8位CMOS單片機(jī)，工作電壓范圍為2.7～6V（實(shí)際使用+5V供電），8位數(shù)據(jù)總線。它有一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口，能同時(shí)進(jìn)行串行發(fā)送和執(zhí)著收。通過(guò)RXD引腳（串行數(shù)據(jù)接收端）和TXD引腳（串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）與外界進(jìn)行通信。
2.1通信協(xié)議與波特率
數(shù)字電臺(tái)與單片機(jī)、終端主控機(jī)的通信協(xié)議為：
通信接口——標(biāo)準(zhǔn)串行RS232接口，9線制半雙工方式；
通信幀格式——1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位可編程數(shù)據(jù)位，1位停止位；
波特率——1200baud。
數(shù)字電臺(tái)選用Motorola公司的GM系列車載電臺(tái)，工作于VHF/UHF頻段，可進(jìn)行無(wú)線數(shù)傳（9線制標(biāo)準(zhǔn)串行RS232接口），也可進(jìn)行話音通信；采用二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK）調(diào)制解調(diào)方式，符合國(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)CCITT.23標(biāo)準(zhǔn)。在話帶內(nèi)進(jìn)行數(shù)字傳輸時(shí)，推薦在不高于1200b/s數(shù)據(jù)率時(shí)使用。實(shí)際使用時(shí)，電臺(tái)工作于220～240MHz頻率范圍，采用半雙工方式（執(zhí)行收、發(fā)操作，但不能同時(shí)進(jìn)行）即可滿足系統(tǒng)要求。
2.2AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可設(shè)置四種工作方式，可有8位、10位和11位幀格式。本系統(tǒng)中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘幀11位的異步通信格式：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位（低位在前），1位可編程數(shù)據(jù)位，1位停止位。
發(fā)送前，由軟件設(shè)置第9位數(shù)據(jù)（TB8）作奇偶校驗(yàn)位，將要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)入SBUF，啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程。串行口能自動(dòng)把TB8取出，裝入到第9位數(shù)據(jù)的位置，再逐一發(fā)送出去。發(fā)送完畢，使TI=1。
接收時(shí)，置SCON中的REN為1，允許接收。當(dāng)檢測(cè)到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時(shí)，開(kāi)始接收9位數(shù)據(jù)，送入移位寄存器（9位）。當(dāng)滿足RI=0且SM2=0或接收到的9位數(shù)據(jù)為1時(shí)，前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，第9位數(shù)據(jù)送入SCON中的RB8，置RI為1；否則，這次接收無(wú)效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定時(shí)器T1的溢出率與SMOD值同時(shí)決定：
方式3波特率=T1溢出率/n
當(dāng)SMOD=0時(shí)，n=32；SMOD=1時(shí)，n=16。T1溢出率取決于T1的計(jì)數(shù)速率（計(jì)數(shù)速率=fosc/12）和TI預(yù)置的初值。
定時(shí)器T1用作波特率發(fā)生器，工作于模式2（自動(dòng)重裝初值）。設(shè)TH1和TL1定時(shí)計(jì)數(shù)初值為X，則每過(guò)“28-X”個(gè)機(jī)器周期，T1就會(huì)發(fā)生一次溢出。初值X確定如下：
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系統(tǒng)中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的硬件連接
AT89C51與數(shù)字電臺(tái)的硬件連接如圖3所示。
系統(tǒng)采用異步串行通信方式傳輸測(cè)量數(shù)據(jù)。利用單片機(jī)串口與數(shù)字電臺(tái)RS232數(shù)據(jù)口相連。電臺(tái)常態(tài)為收狀態(tài)（PPT=0，收狀態(tài)；PPT=1，發(fā)狀態(tài)），單片機(jī)P3.5腳輸出高電平。單片機(jī)使用TTL電平，電臺(tái)使用RS232電平，由MAX232完成TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換。3片光電耦合器6N137實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與電臺(tái)之間的電源隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能。
單片機(jī)通過(guò)帶控制端的三態(tài)緩沖門(mén)74HC125、非門(mén)74HC14控制電臺(tái)的收發(fā)轉(zhuǎn)換，以及指令的接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。接收時(shí)，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺(tái)PPT腳為低電平，將其置為接收狀態(tài)；同時(shí)c1=0，74HC125A導(dǎo)通，接收的指令由電臺(tái)的RXD端輸入，經(jīng)MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門(mén)，送入單片機(jī)RXD腳。發(fā)射時(shí)，P3.5=0，經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺(tái)PPT腳為高電平，將其置為發(fā)射狀態(tài)；同時(shí)c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B導(dǎo)通，數(shù)據(jù)由單片機(jī)TXD腳輸出，經(jīng)74HC125B緩沖門(mén)、光電隔離、MAX232電平變換，通過(guò)電臺(tái)TXD端口將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。
3通信軟件設(shè)計(jì)
通信軟件至關(guān)重要，一旦出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)系統(tǒng)就會(huì)癱瘓。采取差錯(cuò)控制與容錯(cuò)技術(shù)是非常重要的。
*主控站發(fā)送的指令中包含一定數(shù)量的同步符55H和3字節(jié)的密碼。測(cè)量站在連續(xù)收到5個(gè)同步符后進(jìn)行密碼驗(yàn)證，驗(yàn)證通過(guò)后正式接收指令字節(jié)；如未通過(guò)，則測(cè)量站發(fā)一信號(hào)讓主控站重發(fā)，三次驗(yàn)證不過(guò)則停發(fā)該命令。測(cè)量站發(fā)/主控站收時(shí)，驗(yàn)證方式與此相同。驗(yàn)證通過(guò)后，測(cè)量站開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)。
*一個(gè)指令由3字節(jié)構(gòu)成，第二字節(jié)等于第一字節(jié)加上35H，第3字節(jié)等于第二字節(jié)加上36H。如果收到的指令不符合此規(guī)則，則重發(fā)該命令，連續(xù)三次錯(cuò)誤時(shí)停發(fā)。
*主控站每發(fā)一個(gè)指令，測(cè)量站都回送一個(gè)應(yīng)答信號(hào)。該應(yīng)答信號(hào)中包含原指令樣本。
下面給出單片機(jī)串行口與電臺(tái)的基本通信程序。
初始化程序：
BTLEQU2FH；波特率放在內(nèi)部RAM的2FH單元
MOVTMOD，#21H；T0方式1，16位計(jì)數(shù)器，T1方式2，串口用
SETBTR0；啟動(dòng)T0
MOVBTL，#0F3H；波特率設(shè)定為1200
MOVSCON，#0C0H；串口方式3，9位數(shù)據(jù)，禁止接收
接收及驗(yàn)證程序：
NUMEQU2BH；同步符個(gè)數(shù)值存放在內(nèi)部RAM的2BH單元
TEMPEQU2CH
ROM-CH：DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H；20字節(jié)同步符
MIMDB''''WSC''''：3字節(jié)密碼“WSC”
SETBP3.5；置電臺(tái)收狀態(tài)
SETBREN；允許串口接收
A1：MOVNUM，#0；記錄連續(xù)到同步符55H的個(gè)數(shù)
A2：JBRI，A2；串口有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)A3
A3：CLRRI；清接收中斷標(biāo)志
MOVA，SBUF；讀串口數(shù)據(jù)
CJNEA，#55H，A1；不是同步符轉(zhuǎn)A1
INCNUM；收到的同步符個(gè)數(shù)加1
MOVA，NUM；取收到的同步符個(gè)數(shù)
CJNEA，#5，A2；未收夠連續(xù)5個(gè)55H轉(zhuǎn)A2
A4:MOVNUM,#0;密碼驗(yàn)證，記錄收到密碼字節(jié)數(shù)
A5：MOVDPTR，#MIM；密碼字符首址
MOVA，NUM
MOVCA，@A+DPTR；查表取密碼
MOVTEMP，A；保存密碼
JBRI，A6；串口收完一個(gè)字節(jié)轉(zhuǎn)A6
…
A6：CLRRI；清接收中斷標(biāo)志
MOVA，SBUF；讀串口數(shù)據(jù)
CJNEA，TEMP，A4；與密碼不符轉(zhuǎn)A4
INCNUM；收到的密碼個(gè)數(shù)加1
MOVA，NUM；取已收到的密碼字節(jié)數(shù)
CJNEA，#3，A5；密碼未收完轉(zhuǎn)A5
發(fā)送程序：
CLRP3.5；置電臺(tái)發(fā)狀態(tài)
MOVB，#23
MOVDPTR，#ROM-CH
B1：CLRA
MOVCA，@A+DPTR；查表發(fā)送同步符和密碼共24字節(jié)
INCDPTR
LCALLSEND-CH；調(diào)發(fā)送單字節(jié)子程序
DJNZB，B1
…
CLRA
MOVDPTR，#7000H；外部RAM數(shù)據(jù)首址，發(fā)送外部RAM中的數(shù)據(jù)到電臺(tái)
B2：CJNER4，#0，B3
CJNER3，#0，B3；R4R3=發(fā)送字節(jié)數(shù)
B3：MOVXA，@DPTR；取數(shù)據(jù)
INCDPTR
LCALLSEND-CH
CJNER3，#0，B4
CJNER4，#0，B5
B4：DECR3
LJMPB2
DECR3
DECR4
LJMPB2
…
SEND-CH：SETBTB8
MOVSBUF，A
DB0，0，0，0，0，0，0，0
JNBTI，$；延時(shí)4μs
CLRTI
2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)
配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括三個(gè)基本模塊：底層數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。底層數(shù)據(jù)采集模塊由CC2530所帶的電流、電壓、溫度、濕度、紅外、振動(dòng)等傳感器組成，這些傳感器所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)CC2530中的8051單片機(jī)簡(jiǎn)單處理后傳至數(shù)據(jù)傳輸模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊由ZigBee路由器結(jié)點(diǎn)組成，這一部分也由CC2530芯片擔(dān)當(dāng)。這些路由器結(jié)點(diǎn)組成樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)，形成數(shù)據(jù)上傳至匯總結(jié)點(diǎn)的通道。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊由ZigBee協(xié)調(diào)器與PC機(jī)組成，Zig-Bee協(xié)調(diào)器由CC2530擔(dān)當(dāng)，與PC機(jī)用USB線進(jìn)行連接，串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。PC機(jī)接收數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的存儲(chǔ)與處理。PC上安裝有網(wǎng)卡，形成與Internet網(wǎng)的連接端口，從而滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要。
3數(shù)據(jù)采集模塊隨機(jī)干擾的濾波設(shè)計(jì)
在無(wú)線傳感網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過(guò)程中，測(cè)量通道中串入隨機(jī)干擾是不可避免的。隨機(jī)干擾的出現(xiàn)會(huì)引起測(cè)量誤差，對(duì)遠(yuǎn)程的監(jiān)控不利。因此，采取某種手段對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波是保證采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提。常用的數(shù)字濾波算法有算術(shù)平均濾波、加權(quán)平均濾波、中位值濾波、限值濾波等方法，本設(shè)計(jì)采用基于中位值濾波方法的中位值平均濾波方法。通常中位值濾波是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行排序，取位于中間的數(shù)據(jù)作為一次的采樣數(shù)據(jù)。這種方法對(duì)高頻干擾和低頻干擾都有一定的濾除效果，但是對(duì)于某些變化快速的采集數(shù)據(jù)，如電流、電壓、振動(dòng)等，不宜采用中位置濾波。中位值平均濾波方法是在中位值排序的基礎(chǔ)上，將最大和最小的數(shù)據(jù)去掉，然后將剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，最終將平均值作為一次采樣數(shù)據(jù)。因此無(wú)論對(duì)于緩慢變化的信號(hào)，還是對(duì)快速變化的信號(hào)，都能取得良好的濾波效果。
1.引言
無(wú)線通信是近些年發(fā)展最快，應(yīng)用最廣的通信技術(shù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括藍(lán)牙、超寬帶、ZigBee和Wi-Fi等。ZigBee是一種新興的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，其特點(diǎn)是距離較遠(yuǎn)、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低速率、低成本。因此比較適合研究無(wú)線通信距離短的問(wèn)題，可以更好地分析影響傳輸距離的因素，所以本文就以ZigBee技術(shù)為例，根據(jù)一些理論公式進(jìn)行計(jì)算分析影響無(wú)線傳輸距離的因素，希望為以后無(wú)線模塊的選用提供參考。
2.ZigBee應(yīng)用電路設(shè)計(jì)
為了測(cè)試ZigBee在應(yīng)用中的傳輸距離，設(shè)計(jì)了基于ZigBee的無(wú)線傳輸模塊裝置，用于測(cè)試ZigBee實(shí)際的傳輸距離。如圖1所示，左邊為無(wú)線終端模塊整個(gè)電路組成框圖，用于接收從中心模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，右邊為中心模塊，與ZigBee基板相連，通過(guò)上位機(jī)給終端模塊發(fā)送數(shù)據(jù)。ZigBee模塊具有自動(dòng)組網(wǎng)的功能，當(dāng)中心節(jié)點(diǎn)工作之后，它會(huì)自動(dòng)尋找終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)行組網(wǎng)。如果終端節(jié)點(diǎn)能夠接收到組網(wǎng)信號(hào)，則終端節(jié)點(diǎn)的ZigBee模塊就會(huì)產(chǎn)生組網(wǎng)端口上的壓降，這個(gè)壓降信號(hào)就傳遞到觸發(fā)器，觸發(fā)器打開(kāi)模擬開(kāi)關(guān)，這樣指示燈的壓降產(chǎn)生，指示燈開(kāi)始工作，這就表明ZigBee模塊組網(wǎng)成功，既可以開(kāi)始通信。
3.因素分析
3.1 實(shí)際傳輸距離估算方法
IEEE組織根據(jù)802.15.4a信道的特點(diǎn)，在實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行了實(shí)際測(cè)量，構(gòu)建了基于802.15.4a心道、適于UWB（2～10GHz），100～1000MHz的信道傳輸損耗模型，其基本模型信道損耗計(jì)算公式為
其中Pt為發(fā)射機(jī)發(fā)射功率，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的距離為d，接收機(jī)的功率為Pr，收發(fā)天線的增益為Gr，Gr，Aant為天線衰減因子，S為損耗計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方差，n為距離損耗為考慮頻率影響修正系數(shù)，d0為參數(shù)距離等于1m，fc為參考中心頻率等于5G修正系數(shù)，kHz（UWB2～10GHz頻段），PL0為參考距離下的損耗大小。與自由空間傳輸方程相比考慮天線收發(fā)耦合損耗、反射折射引起的傳輸損耗與距離頻率的變化系數(shù)。
對(duì)式（1）進(jìn)行推導(dǎo)得出最大距離方程為：
由上述公式我們可以得知，影響因素包括為天線衰減因子，損耗計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方差，距離損耗為考慮頻率影響修正系數(shù)，參考距離下的損耗大小等，下面就通過(guò)實(shí)際測(cè)試具體分析各個(gè)因素對(duì)無(wú)線傳輸?shù)挠绊憽?/p>
3.2 具體因素分析
下面通過(guò)實(shí)際測(cè)試得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)ZigBee傳輸距離進(jìn)行比對(duì)分析，用上述介紹的實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)試ZigBee實(shí)際的傳輸距離。表2中列出了實(shí)驗(yàn)中模塊的收發(fā)功率，收發(fā)天線架設(shè)高度，天線衰減因子，收發(fā)天線增益，參考距離下的損耗大小，損耗計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方差，行為距離損耗修正系數(shù)，頻率影響修正系數(shù)，天線的饋線長(zhǎng)度，天線的架設(shè)高度等各種影響因素。
表2中第一組和第二組數(shù)據(jù)對(duì)比，收發(fā)天線的架設(shè)高度對(duì)無(wú)線傳輸?shù)木嚯x有著重要影響，天線架設(shè)高度不同，損耗計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方差和距離損耗修正系數(shù)不同，收發(fā)天線的架設(shè)高度增加了兩米，則傳輸距離提高了122米，增幅為88.4%。
第二組和第三組數(shù)據(jù)對(duì)比中可以看出，天線的架設(shè)高度相同，無(wú)線的工作環(huán)境的不同，傳輸距離也不盡相同，工作環(huán)境的不同，損耗計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)方差、距離損耗修正系數(shù)不同和頻率影響修正系數(shù)都不相同，這導(dǎo)致在復(fù)雜環(huán)境中，無(wú)線傳輸?shù)木嚯x大大縮短，僅為戶外廣闊環(huán)境中的53.1%。
第二組和第四組數(shù)據(jù)得出，天線的增益是影響傳輸距離的最重要因素，發(fā)送天線增益增加八倍之后，傳輸距離提高了4倍，同時(shí)也說(shuō)明天線增益和傳輸距離之間不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系。
第一組和第五組數(shù)據(jù)顯示，在天線的外配饋線增加時(shí)，傳輸距離也會(huì)相應(yīng)縮短，在天線增益、工作環(huán)境和天線架設(shè)高度都相同的情況下，發(fā)送天線加長(zhǎng)6米饋線，天線衰減因子變大，導(dǎo)致傳輸距離縮短了48.6%。
第四組和第六組數(shù)據(jù)顯示，其他影響因素相同的條件下，饋線延長(zhǎng)6米，傳輸距離縮短了22.7%。同時(shí)和第一組、第五祖對(duì)比得出，饋線在影響傳輸距離中遠(yuǎn)沒(méi)有天線增益對(duì)傳輸距離的影響大。
在實(shí)際測(cè)試中所得到的數(shù)據(jù)，都經(jīng)過(guò)了實(shí)際傳輸距離估算方法的計(jì)算，表2中給出了理論計(jì)算和實(shí)測(cè)值之間的誤差，誤差都在5%以內(nèi)，說(shuō)明測(cè)試得出的數(shù)據(jù)真實(shí)可靠。
4.結(jié)束語(yǔ)
本文通過(guò)自行設(shè)計(jì)的ZigBee裝置實(shí)際測(cè)試了此裝置的傳輸距離，并根據(jù)估算公式對(duì)其影響因素作了具體分析，最后分析我們可以得知，收發(fā)天線的增益是影響無(wú)線傳輸距離最重要的因素，其次為天線的架設(shè)高度，然后為工作環(huán)境，最后是天線的饋線長(zhǎng)度。因此為了提高通信距離：第一，最好使用增益大的天線；第二，盡可能的提高天線的有效架設(shè)高度；第三，遠(yuǎn)離干擾較大的工作環(huán)境；第四，盡量縮短發(fā)射端的饋線長(zhǎng)度等這些措施。這樣可以提高無(wú)線通信的穩(wěn)定性和可靠性。
參考文獻(xiàn)
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在以LTE為代表第4代移動(dòng)通信正在普及應(yīng)用的時(shí)候，第5代移動(dòng)通信（5G）的研發(fā)已經(jīng)拉開(kāi)了帷幕。在過(guò)去30多年里，移動(dòng)通信提高系統(tǒng)容量的方法主要有3個(gè)：增加無(wú)線傳輸帶寬、提高無(wú)線傳輸鏈路的頻譜效率和增加小區(qū)密度。而技術(shù)革新最多、最有成效的是無(wú)線傳輸技術(shù)，通過(guò)引入高階調(diào)制和高性能信道編碼等技術(shù)有效改善了頻譜效率。特別是在第4代移動(dòng)通信中采用了多天線技術(shù)，并通過(guò)引入空間資源改善了頻譜效率。在未來(lái)10～15年，移動(dòng)通信業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量將有數(shù)千倍的增加，我們采用什么技術(shù)來(lái)滿足這個(gè)需求將成為5G研發(fā)需要面對(duì)的問(wèn)題。
目前，移動(dòng)通信的主要需求是來(lái)自移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，特別是智能終端的發(fā)展激發(fā)了移動(dòng)通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的猛增。未來(lái)將有更多類型的終端引入達(dá)到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)通信終端的數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人口數(shù)量，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為絕對(duì)的主流。5G移動(dòng)通信的主要技術(shù)突破點(diǎn)仍然是新頻段、無(wú)線傳輸技術(shù)和蜂窩組網(wǎng)技術(shù)。5G移動(dòng)通信可能采用5 GHz以上的頻段增加帶寬，而28 GHz、47 GHz和60 GHz將可能用于微功率小區(qū)和室內(nèi)覆蓋，解決高密度數(shù)據(jù)量的熱點(diǎn)覆蓋需求。大規(guī)模MIMO是一種充分利用空間資源的技術(shù)，可用于5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中提高頻譜效率和功率效率的有效手段，當(dāng)天線數(shù)量增加到上百根后也會(huì)引發(fā)一系列的技術(shù)難題。增加小區(qū)密度，多系統(tǒng)、多層次異構(gòu)協(xié)同組網(wǎng)是提高單位面積數(shù)據(jù)量的最有效手段，但是，多小區(qū)的干擾協(xié)同與抑制、多系統(tǒng)間的協(xié)作與資源調(diào)度成為高密度異構(gòu)小區(qū)的主要瓶頸，我們需要全新的思路來(lái)解決。
此外，移動(dòng)通信對(duì)新技術(shù)的引入方式也在發(fā)生著本質(zhì)的變化，從早期的與場(chǎng)景無(wú)關(guān)的普適技術(shù)到現(xiàn)在依場(chǎng)景優(yōu)化的自適應(yīng)技術(shù)；1G和2G使用單一技術(shù)滿足所有的應(yīng)用場(chǎng)景，無(wú)疑將只能針對(duì)最惡劣的使用場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化，系統(tǒng)整體性低；3G和4G使用了AMC、智能天線和MIMO等技術(shù)，更加精確地利用無(wú)線傳輸信道的特征，可以在更多的使用場(chǎng)景達(dá)到最優(yōu)，整體性能較高；到了5G，這個(gè)特點(diǎn)將更加突出，現(xiàn)在提出的一些新技術(shù)都是在特定場(chǎng)景中使用的，可達(dá)到更高的系統(tǒng)性能。
5G移動(dòng)通信的研究才剛剛開(kāi)始，本專題只是涉及了部分5G相關(guān)技術(shù)。希望通過(guò)這些論文能部分反映中國(guó)在5G移動(dòng)通信領(lǐng)域的研發(fā)現(xiàn)狀，并促進(jìn)未來(lái)5G移動(dòng)通信技術(shù)的研究。
一、前言
越來(lái)越多數(shù)字電子產(chǎn)品借著新科技提升本身的性能和實(shí)力。以目前發(fā)展的趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)消費(fèi)性電子產(chǎn)品將有兩個(gè)重要的發(fā)展指標(biāo)，一是使用藍(lán)牙技術(shù)這類開(kāi)放技術(shù)，以無(wú)線，局域網(wǎng)絡(luò)，可攜帶式設(shè)備成為網(wǎng)絡(luò)體的延伸。另一項(xiàng)則是內(nèi)存規(guī)格的統(tǒng)一，加密以及輕量化應(yīng)用。
無(wú)論您喜不喜歡，“藍(lán)牙計(jì)劃”這個(gè)名詞幾乎已到了無(wú)孔不入的境界，不論是商業(yè)財(cái)經(jīng)臺(tái)還是一般大眾電視臺(tái)，都不只一次以上報(bào)導(dǎo)這個(gè)計(jì)劃的進(jìn)展與新聞，話雖如此，但卻很少人了解此計(jì)劃的原意與來(lái)龍去脈，只知道有這樣一個(gè)計(jì)劃正如火如荼地進(jìn)行，且聲勢(shì)浩大、似乎充滿無(wú)限希望。可預(yù)見(jiàn)的，未來(lái)與藍(lán)牙計(jì)劃相關(guān)的新聞只會(huì)更多，因?yàn)橛?jì)劃正一步步實(shí)現(xiàn)中。
藍(lán)牙(Bluetooth) 簡(jiǎn)單講就是一種電信、計(jì)算機(jī)的無(wú)線傳輸技術(shù)。單從字面上很難了解藍(lán)牙是個(gè)怎么樣的技術(shù)，他不像“GSM”一樣可以望文生義。簡(jiǎn)單的說(shuō)藍(lán)牙是一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與消費(fèi)性電子產(chǎn)品之通訊技術(shù)，透過(guò)無(wú)線傳輸和基頻模塊構(gòu)成，其快速響應(yīng)和跳頻系統(tǒng)的特性使無(wú)線傳輸更佳穩(wěn)定?？梢詰?yīng)用在各種電子產(chǎn)品如：筆記型計(jì)算機(jī)、行動(dòng)電話、數(shù)字相機(jī)和其它相類似電子產(chǎn)品等。
二、藍(lán)牙的緣起
藍(lán)牙計(jì)劃基本上是一個(gè)無(wú)線傳輸?shù)挠?jì)劃，不需要透過(guò)實(shí)質(zhì)線路，在一定的距離范圍內(nèi)，可以傳輸可觀的資料量，當(dāng)然這種無(wú)線傳輸并不像行動(dòng)電話那樣數(shù)十公里內(nèi)皆可傳達(dá)，而是數(shù)十至數(shù)百公尺內(nèi)的短距離無(wú)線傳輸。此外可傳輸?shù)难b置不限于手機(jī)，只要有裝設(shè)藍(lán)牙收發(fā)模塊的裝置都可以使用藍(lán)牙傳輸，眼前的構(gòu)想即是讓其它的行動(dòng)裝置都可以使用藍(lán)牙傳輸，包括PDA、筆記型計(jì)算機(jī)、車用裝置等等。藍(lán)牙計(jì)劃的發(fā)起，主要是1998年5月，由Ericsson（愛(ài)立信，瑞典）、Intel（英特爾，美國(guó)）、NOKIA（諾基亞，芬蘭）、IBM（國(guó)際商務(wù)機(jī)器，美國(guó)）、TOSHIBA（東芝，日本）等五家公司，共同組織一個(gè)“特別參與組織（SIG，Special Interest Grou）”稱為Bluetooth SIG，以此組織來(lái)制定一套短距離的無(wú)線傳送、接收的技術(shù)規(guī)格。
三、淺談藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙計(jì)劃雖是1998年開(kāi)始，但是藍(lán)牙的技術(shù)根基卻來(lái)自1997年制訂完成的無(wú)線局域網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議：IEEE-802.11。
藍(lán)牙基本上也是運(yùn)用射頻（RF）方式進(jìn)行無(wú)線通訊，至于使用的頻帶范圍，則是使用2.45GHz，這個(gè)無(wú)線電頻帶是全世界共同開(kāi)放、不受法令限制的頻帶，舉凡工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療（ISM，Industrial/Scientific/Medical）、甚至微波爐等都是使用2.45GHz的頻帶。
由于這個(gè)頻帶被廣泛使用了，那么使用此頻帶進(jìn)行通訊，絕對(duì)是很容易收到干擾的，因此藍(lán)牙規(guī)格被設(shè)計(jì)成可跳頻通訊，能夠在一秒鐘內(nèi)進(jìn)行1，600次的跳頻動(dòng)作，此這樣的動(dòng)作避免其它通訊的干擾。由于每秒1，600次的快速跳頻，這也使得藍(lán)牙無(wú)線收發(fā)的數(shù)據(jù)封包不能太長(zhǎng)，否則不能滿足如此頻繁的跳頻次數(shù)，所以藍(lán)牙短封包、快速跳頻的特性，也使其無(wú)線傳輸能抗干擾、更穩(wěn)定通信。
藍(lán)牙規(guī)格已經(jīng)正式公布v1.0版，規(guī)格方面算是踏出成熟的第一步，接下來(lái)就是商品化、投入實(shí)際制造的階段。而要讓藍(lán)牙迅速普及，就是在既有的用途裝置上，追加設(shè)計(jì)藍(lán)牙功能即可，以節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間與成本，為此藍(lán)牙射頻模塊就成為非常重要的一項(xiàng)零組件。
藍(lán)牙射頻模塊一方面要夠便宜，才可能快速普及，另一方面也要夠小巧，才能適用于所有的需求裝置上，目前專家推估射頻模塊的成本必須低于5美元才能普及，而各家公司也正加緊將射頻模塊設(shè)計(jì)地更精小、更便宜中。
四、藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用
藍(lán)牙由于具有1-2Mbps、10-100公尺的無(wú)線通訊能力，因此藍(lán)牙技術(shù)可以舒緩若干問(wèn)題，例如可以直接利用藍(lán)牙的高速數(shù)據(jù)傳輸率來(lái)傳輸語(yǔ)音，等于是把藍(lán)牙通訊當(dāng)成無(wú)線電話的功能。
另外對(duì)于小公司、小環(huán)境等，也可以省去布設(shè)實(shí)質(zhì)線路的成本，以及后續(xù)線路維護(hù)的困擾。還有藍(lán)牙可以指定隔絕與通行的通信功能，也等于可以建立無(wú)線的LAN環(huán)境、小族群通訊環(huán)境。
五、藍(lán)牙技術(shù)的展望
（一）藍(lán)牙收發(fā)話器對(duì)健康的好處。由于手機(jī)有高功率的電磁波，據(jù)報(bào)導(dǎo)證實(shí)電磁波會(huì)對(duì)人體造成傷害，所以有了藍(lán)牙，你將可以把一個(gè)小小的藍(lán)牙附件裝在你的大哥大， 然后把收發(fā)話器戴在你的耳朵(由于藍(lán)牙應(yīng)用的是低功率，所以不會(huì)對(duì)人體有任何傷害)。準(zhǔn)備好了以后，你就把你的大哥大放在口袋里講電話，不必把電話緊貼的臉，甚至按下收發(fā)話器上的按鈕就可以直接接聽(tīng)來(lái)電。
（二）比一般傳統(tǒng)式紅外線傳輸更快，且不用對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)傳輸端口成一直線。藍(lán)牙科技在傳輸方面的好處就是，它能夠允許兩個(gè)裝置，在不排成一直線的狀態(tài)下，還能夠以無(wú)線的方式傳送數(shù)據(jù)。不像紅外線傳輸最大的缺點(diǎn)是， 你必須對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)傳輸端口成一直線才有辦法傳送數(shù)據(jù)。藍(lán)牙傳輸甚至無(wú)視于墻壁、口袋、或公文包的存在而可以順利進(jìn)行。藍(lán)牙的數(shù)據(jù)傳輸速度比紅外線傳輸還要快，每秒鐘高達(dá)1MB。
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（三）手表可自動(dòng)對(duì)時(shí)間，無(wú)線下載Mp3。只要將來(lái)手表有內(nèi)建藍(lán)牙且有Mp3撥放功能，這樣一來(lái)將可自動(dòng)設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，且可很方便的隨時(shí)從計(jì)算機(jī)傳輸歌曲。
（四）其它還有很多很多，只要現(xiàn)在是要接線的，都有可能會(huì)被藍(lán)牙所應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)一旦普及，相信對(duì)通訊方式、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生活方式等都會(huì)有巨幅的沖擊，甚至很難想象沖擊的程度。不過(guò)就現(xiàn)階段而言，藍(lán)牙可能帶來(lái)的便利卻是可以想象的，各位可以想象家里安裝一個(gè)藍(lán)牙收發(fā)基地臺(tái)，家中的計(jì)算機(jī)、電話、傳真機(jī)都不用實(shí)際接線，就可以互通或連外。在公司內(nèi)外務(wù)人員趕時(shí)間，只要在藍(lán)牙收發(fā)范圍內(nèi)都可以傳送數(shù)據(jù)，例如咖啡廳、車站等都可以。此外倉(cāng)庫(kù)的盤(pán)點(diǎn)盤(pán)查，只要帶個(gè)PDA，倉(cāng)庫(kù)內(nèi)設(shè)有藍(lán)牙基地臺(tái)，馬上可以跟全省各地的倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行盤(pán)點(diǎn)加總，當(dāng)然，藍(lán)牙基地臺(tái)后面有接往Internet，或是以公司專線，或VPN方式連接。另外數(shù)字相機(jī)拍完的相片，只要接近筆記型計(jì)算機(jī)就可以回傳，省去記憶卡的插拔，既有計(jì)算機(jī)外設(shè)裝置也都可以無(wú)線化，無(wú)線打印機(jī)、無(wú)線鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、搖桿。還有家中、公司都設(shè)有藍(lán)牙基地臺(tái)，則一支具有藍(lán)牙功能的手機(jī)，在家就可以跟居家無(wú)線電話一樣使用，而且是付居家電話費(fèi)，在公司則變成自己的辦公分機(jī)，公司替您付電話費(fèi)，而在外出時(shí)就跟一般行動(dòng)手機(jī)一樣使用，這樣真正落實(shí)一人一機(jī)終生用的理想，這種方式也被人稱為三合一電話，即是居家、辦公、行動(dòng)電話三者合一。
六、結(jié)束語(yǔ)
藍(lán)牙技術(shù)一定會(huì)飛速發(fā)展，但仍然有一些應(yīng)用的細(xì)節(jié)問(wèn)題需要解決，如相鄰設(shè)備之間為防止信息誤傳和被截取，必須要用戶提前設(shè)置對(duì)應(yīng)頻段等，嚴(yán)重影響藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品面市的速度。但相信隨著一個(gè)不斷完善的發(fā)展過(guò)程，藍(lán)牙技術(shù)會(huì)為我們的未來(lái)家居和辦公帶來(lái)不僅僅是方便一點(diǎn)的革命。
參考文獻(xiàn)
[1]Nathan J.Muller Bluetooth Demystified（影印本）.人民郵電出版社。
一、引言
隨著無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展與無(wú)線通信業(yè)務(wù)范圍的不斷擴(kuò)大，我們可以利用的頻譜資源越來(lái)越少[1]。無(wú)線頻譜作為一種可以為我們生活帶來(lái)便利的寶貴資源，如何提高其利用效率是制約無(wú)線通信發(fā)展的一大難題。近年來(lái)人們?cè)絹?lái)越關(guān)注頻譜資源的再利用技術(shù)。認(rèn)知無(wú)線電（CR）技術(shù)是對(duì)軟件無(wú)線電（SDR）功能的特殊拓展，有效解決了頻譜資源無(wú)法高效利用這個(gè)制約無(wú)線通信發(fā)展的難題。
二、認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)概述
（一）認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的概念。Joseph Mitola于1999年首先提出了認(rèn)知無(wú)線電這一概念，在學(xué)術(shù)論文中對(duì)CR理論進(jìn)行了描述，并在論文答辯過(guò)程中對(duì)該理論進(jìn)行了詳細(xì)闡述[2]。從廣義上來(lái)看認(rèn)知無(wú)線電的終端具有一定的認(rèn)知能力，可以對(duì)所處的環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)、分析和判斷推理，并利用獲取的結(jié)果進(jìn)行傳輸參數(shù)調(diào)整，然后制定最佳的無(wú)線傳輸方案，該技術(shù)也可以稱作智能無(wú)線電技術(shù)。CR技術(shù)可以自動(dòng)為用戶選擇最佳的無(wú)線傳輸路徑，也可以根據(jù)現(xiàn)有的情況主動(dòng)發(fā)送信息或者延遲傳輸。
（二）認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的主要特點(diǎn)1.認(rèn)知的特點(diǎn)。CR可以在所處的工作環(huán)境中監(jiān)測(cè)和感知信息，以特定的時(shí)間和空間為界，將部分沒(méi)有被應(yīng)用的頻譜資源做上標(biāo)記，進(jìn)一步選擇最佳的工作參數(shù)和頻譜，這就是其認(rèn)知的特點(diǎn)。CR認(rèn)知的過(guò)程中可以分為感知、分析和判定頻譜這三個(gè)部分。2.重構(gòu)的特點(diǎn)。CR設(shè)備在所處的工作環(huán)境中可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)編程，并且這些設(shè)備在收發(fā)數(shù)據(jù)過(guò)程中可以使用不一樣的傳輸技術(shù)，在不影響授權(quán)用戶使用的前提下，將感知到的空閑頻譜提供給可靠的用戶，這就是其重構(gòu)的特點(diǎn)。如果頻段已經(jīng)被授權(quán)用戶占用，CR可以運(yùn)用一定的方式轉(zhuǎn)換到其它空閑頻段，或者通過(guò)改變調(diào)制和發(fā)射頻率的方法繼續(xù)使用該頻段，并保障不影響首發(fā)用戶的正常使用。
三、認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的主要功能
目前CR技術(shù)的發(fā)展時(shí)間還不是很長(zhǎng)，該技術(shù)的部分功能還沒(méi)有完全實(shí)現(xiàn)，由Mitola 提出的認(rèn)知循環(huán)還沒(méi)有得到完全的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)CR總體框架過(guò)程中，使用的組織架構(gòu)不同其中的具體內(nèi)容也有所區(qū)別。從整體意義上來(lái)說(shuō)，CR系統(tǒng)應(yīng)該具有檢測(cè)、分析、調(diào)整等基本功能。
1.檢測(cè)。CR由于所處的環(huán)境較為特殊，應(yīng)該具備無(wú)線頻譜檢測(cè)的能力，并在可以應(yīng)用的頻段范圍內(nèi)全方位地進(jìn)行精確檢測(cè)，進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)可以利用的頻譜資源。在這種情況下CR設(shè)備應(yīng)該快速找出授權(quán)用戶，并隨時(shí)檢測(cè)授權(quán)用戶的活動(dòng)情況，避免分配頻譜過(guò)程中對(duì)授權(quán)用戶造成干擾。2.分析。CR的分析內(nèi)容有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、設(shè)備性能和外部數(shù)據(jù)等，也包括對(duì)用戶需求等相關(guān)數(shù)據(jù)分析。在設(shè)備檢測(cè)到信息后通過(guò)分析對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理。在獲取頻段信息后對(duì)頻點(diǎn)位置、用戶位置和發(fā)射時(shí)間等進(jìn)行分析，并研究信號(hào)通道狀況、傳輸性能等對(duì)首發(fā)用戶帶來(lái)的干擾等，分析內(nèi)容也有信息傳輸時(shí)間和帶寬等。3.調(diào)整。CR設(shè)備完成檢測(cè)和分析之后，根據(jù)相關(guān)的分析結(jié)果對(duì)功率控制、編解器和調(diào)制技術(shù)等進(jìn)行選擇和調(diào)整，并確定具體的發(fā)射時(shí)機(jī)和頻點(diǎn)，以此保障傳輸過(guò)程的通暢。要完成這個(gè)過(guò)程CR設(shè)備必須有較高的性能，可以自由在不同傳輸方案之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，遇到突發(fā)狀況能夠及時(shí)停止，并在不影響授權(quán)用戶的前提下提高傳輸效率。
四、認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法
（一）靈敏度高的接收器。在使用CR之前應(yīng)該評(píng)估其頻譜功率密度，找出正在使用的頻點(diǎn)[3]。在測(cè)量和評(píng)估頻譜功率過(guò)程中需要用到靈敏度較高的接收器，以保障可以測(cè)量到區(qū)域邊緣的信號(hào)。如某小區(qū)邊緣有一臺(tái)數(shù)字電視機(jī)，該電視機(jī)在接收信號(hào)過(guò)程中的靈敏度就接近接收器靈敏度的最大值，而CR要想檢測(cè)到這一信號(hào)其靈敏度就需要大于數(shù)字電視機(jī)的靈敏度。如果CR接收不到這一信號(hào)，可能會(huì)錯(cuò)誤地將該頻點(diǎn)判定為空閑，進(jìn)而在分配頻譜過(guò)程中對(duì)數(shù)字電視帶來(lái)干擾。該技術(shù)也涉及到對(duì)授權(quán)用戶狀態(tài)的檢測(cè)和定位等，屬于頻譜資源檢測(cè)中的重要設(shè)備。
（二）智能處理系統(tǒng)。CR設(shè)備根據(jù)檢測(cè)結(jié)果對(duì)無(wú)線傳輸情況和傳輸帶寬選擇等進(jìn)行分析評(píng)估，并確定多個(gè)技術(shù)參數(shù)的重要基礎(chǔ)就是智能處理系統(tǒng)。當(dāng)頻譜被確定之后CR需要根據(jù)授權(quán)用戶的干擾限值，進(jìn)一步計(jì)算自身的傳輸參數(shù)。干擾強(qiáng)度可以通過(guò)授權(quán)用戶的信號(hào)帶寬和傳輸距離這兩個(gè)因素確定，通過(guò)信號(hào)帶寬可以得出擾裝置的噪聲門(mén)限，而擾裝置接收到CR信號(hào)的強(qiáng)度可以通過(guò)距離確定。但這種分析方法較為簡(jiǎn)單，可以讓CR首先對(duì)授權(quán)用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率和信號(hào)類型進(jìn)行初步設(shè)別，根據(jù)這些額外的數(shù)據(jù)就可以得出擾裝置的準(zhǔn)確靈敏度數(shù)值。
（三）可重復(fù)配置的CR設(shè)備。CR設(shè)備主要根據(jù)可用頻譜資源和干擾強(qiáng)度等數(shù)據(jù)的分析，對(duì)無(wú)線電的功率和各種技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以此保障不影響授權(quán)用戶的情況下提高信號(hào)傳輸效率。CR設(shè)備具有較寬的工作頻帶，在選擇傳輸參數(shù)和傳輸方案過(guò)程中可以運(yùn)用多種方法，并且可以實(shí)現(xiàn)快速切換，具有可重復(fù)配置和性能高的特點(diǎn)。CR可以看做是SDR在檢測(cè)功能等方面的拓展，從CR的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，未來(lái)絕大部分CR設(shè)備可能都是以SDR為基礎(chǔ)的，而SDR也將是CR技術(shù)的一種有效實(shí)現(xiàn)方法。
五、結(jié)語(yǔ)
認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是無(wú)線通信領(lǐng)域中的一項(xiàng)全新技術(shù)，越來(lái)越受到人們的重視。雖然目前CR技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中還存在一些限制，但相信隨著無(wú)線電通信技術(shù)的不斷進(jìn)步，必將為認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)提供廣闊的發(fā)展前景。
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1引言
近些年，我國(guó)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)等通信業(yè)務(wù)有了很大的提升，人們的生活和生產(chǎn)中信息數(shù)據(jù)的傳遞的需求也不斷的提高。所以，必須加強(qiáng)通信工程的建設(shè)，并對(duì)傳輸技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，從而為人們的生活和生產(chǎn)提供良好的通信服務(wù)。在通信工程中，傳輸技術(shù)占據(jù)著非常重要的地位，隨著通信工程的普及和移動(dòng)信息設(shè)備的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)是一個(gè)必須要解決的問(wèn)題，需要通過(guò)對(duì)傳輸技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，找出傳輸技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向。
2分析無(wú)線通信技術(shù)
在當(dāng)前社會(huì)中，無(wú)線通信技術(shù)是一種能為個(gè)人手持設(shè)備（如PDA、手機(jī)）、電腦等終端提供無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的方式，應(yīng)用無(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的方法使終端設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)互相連接，為用戶提供方便的無(wú)線通信服務(wù)。在無(wú)線通信技術(shù)中，不僅可以幫助用戶訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)中的電子郵件、提供Web以及流式媒體的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，還能為用戶提供基于無(wú)線訪問(wèn)寬帶互聯(lián)網(wǎng)的支持，使人們更便捷地上網(wǎng)瀏覽消息，發(fā)揮積極的應(yīng)用價(jià)值。
3無(wú)線通信系統(tǒng)中應(yīng)用傳輸技術(shù)的特點(diǎn)
3.1傳輸產(chǎn)品體積較小
現(xiàn)階段，隨著信息化技術(shù)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，傳輸?shù)漠a(chǎn)品的體積正在不斷地縮小，例如，通信工程延伸出來(lái)的一些產(chǎn)品的體積在不斷地縮小，在體積縮小的同時(shí)，傳輸產(chǎn)品的靈活性逐漸有了提高，傳輸產(chǎn)品體積的縮小減小了產(chǎn)品占據(jù)的空間，為人們?cè)谑褂脗鬏敭a(chǎn)品的同時(shí)帶來(lái)了很大的便利，也降低了生產(chǎn)傳輸產(chǎn)品的成本。而且體積小的傳輸產(chǎn)品還具有較高的性價(jià)比，傳輸產(chǎn)品通過(guò)點(diǎn)和點(diǎn)之間的傳輸，給通信工程的發(fā)展創(chuàng)造了便利的條件。
3.2傳輸設(shè)備呈現(xiàn)一體化
通過(guò)對(duì)傳輸產(chǎn)品的傳輸效率和速度進(jìn)行分析，傳輸設(shè)備的一體化進(jìn)程可以為監(jiān)管提供非常有效的便捷條件。在一體化的傳輸設(shè)備中，相關(guān)管理工作人員能使用一些備用設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，這樣可以有效地提高傳輸產(chǎn)品的便捷性。利用SDH技術(shù)將接口板卡和傳輸產(chǎn)品進(jìn)行結(jié)合，能提高傳輸設(shè)備的傳輸信息的效率，特別是使用分插技術(shù)時(shí)，不僅可以對(duì)傳輸產(chǎn)品中的電路進(jìn)行靈活性的分配，而且對(duì)整體局域網(wǎng)的建設(shè)也有很大的幫助。
3.3傳輸設(shè)備具有多樣化功能
由于傳輸信息的產(chǎn)品的體積非常小，在體積小這個(gè)基礎(chǔ)上，一臺(tái)傳輸產(chǎn)品設(shè)備上聚集了很多獨(dú)立的設(shè)備具有的功能[1]，很大程度地減少了這些獨(dú)立設(shè)備對(duì)光纖的占有數(shù)量和規(guī)模，從而提高了傳輸信息的線路的使用效率。傳輸產(chǎn)品多樣化的功能讓傳輸技術(shù)的質(zhì)量和價(jià)值都有高效的體現(xiàn)，同時(shí)也為傳輸產(chǎn)品的用戶提供了一個(gè)非常便利的應(yīng)用。
4無(wú)線通信系統(tǒng)中關(guān)鍵傳輸技術(shù)的種類
4.1MIMO技術(shù)
MIMO技術(shù)主要是利用多個(gè)天線實(shí)現(xiàn)多發(fā)和多收的目的，天線數(shù)量越多，信道的容量也就越大，通過(guò)技術(shù)的應(yīng)用可以使信道的傳輸?shù)目煽啃源蟠筇岣撸⑶沂剐诺赖娜萘恳驳玫竭M(jìn)一步的提升，有效降低誤碼率。目前，MIMO的相關(guān)理論已不斷成熟，國(guó)內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)都專門(mén)建設(shè)了研究MIMO技術(shù)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，例如，在我國(guó)的東南大學(xué)和北京郵電大學(xué)就有專門(mén)的實(shí)驗(yàn)室。我國(guó)對(duì)這種技術(shù)的研究也是源于20世紀(jì)末，截至2007年，我國(guó)自主MIMO技術(shù)的項(xiàng)目就有30多個(gè)，國(guó)家在啟動(dòng)863計(jì)劃后，先后有十幾家高校和企業(yè)參與到了這個(gè)計(jì)劃中。
4.2OFDM技術(shù)
OFDM技術(shù)可以有效地克服信道頻率的選擇性衰落，其實(shí)是一種多載波調(diào)制。這個(gè)技術(shù)的使用原則是把信道分成多個(gè)正交子信道，然后再把高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行的低速字?jǐn)?shù)據(jù)流，再分別調(diào)制到子信道上進(jìn)行傳輸。眾所周知，子信道上的信號(hào)貸款必然小于信道的相關(guān)帶寬，所以可以把每一個(gè)子信道都看成是一個(gè)平淡的衰落信道，在OFDM技術(shù)的實(shí)際應(yīng)中，其本質(zhì)是和交織、糾錯(cuò)編碼結(jié)合在一起[2]。
4.3自適應(yīng)傳輸技術(shù)
自適應(yīng)傳輸技術(shù)可以根據(jù)不同的環(huán)境、業(yè)務(wù)需求等對(duì)傳輸?shù)哪Ｊ健⒐β屎蛶挼冗M(jìn)行有效地改變，這樣不但保證了傳輸?shù)馁|(zhì)量，而且也提高了對(duì)信道的使用效率。自適應(yīng)傳輸系統(tǒng)的模型圖如圖1所示。
5傳輸技術(shù)在通信工程中的應(yīng)用探究
5.1長(zhǎng)途干線網(wǎng)中對(duì)傳輸技術(shù)的應(yīng)用
在長(zhǎng)途干線網(wǎng)的早期使用的是SDH，即同步數(shù)字系統(tǒng)。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，傳輸技術(shù)使用的用戶逐漸增加，由于SDH在進(jìn)行長(zhǎng)途信息的傳輸過(guò)程中，+MSC的間距相比較來(lái)說(shuō)都比較大，所以在長(zhǎng)途干線網(wǎng)中使用同步數(shù)字體系的成本比較高，而且不僅成本較高，使用同步數(shù)字體系的傳輸產(chǎn)品的各個(gè)方面都有很高的要求。為了解決上述的傳輸問(wèn)題，技術(shù)人員往往會(huì)將WDM系統(tǒng)和SDH系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，這種二者結(jié)合的方式不僅沒(méi)有對(duì)傳輸產(chǎn)品的硬件進(jìn)行改變，而且還增加了傳輸設(shè)備的容量。通過(guò)ASON系統(tǒng)和DWDM系統(tǒng)之間進(jìn)行組合的方式，能把二者的優(yōu)勢(shì)有效地發(fā)揮出來(lái)，而且還能有效地提高整體網(wǎng)絡(luò)的功能。由于ASON系統(tǒng)有單節(jié)交叉等方面的特點(diǎn)，所以使用ASON系統(tǒng)不僅能增加容量，還能增加靈活性。
5.2本地骨干網(wǎng)中對(duì)傳輸技術(shù)的應(yīng)用
通過(guò)對(duì)本地骨干網(wǎng)的研究分析，我們可以看出目前傳輸技術(shù)在本地骨干網(wǎng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在：通過(guò)智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和同步數(shù)字系統(tǒng)等一些先進(jìn)的傳輸技術(shù)在本地骨干網(wǎng)中的應(yīng)用，很大程度地推動(dòng)了我國(guó)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展[2]，促進(jìn)了我國(guó)通信工程中資源的高效使用。因?yàn)楸镜毓歉删W(wǎng)的容量較小，因此，在進(jìn)行信息傳輸時(shí)只能傳輸一些容量較小的信息，這是本地骨干網(wǎng)最大的缺點(diǎn)。在本地骨干網(wǎng)中，傳輸技術(shù)有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，即不僅具有很好的性價(jià)比，而且傳輸信號(hào)的效果也非常好。所以在進(jìn)行短距離的信號(hào)傳輸時(shí)，傳輸技術(shù)的應(yīng)用比較廣泛。
5.3無(wú)線傳輸中傳輸技術(shù)的作用
無(wú)線傳輸在傳輸信號(hào)時(shí)采用的是電磁波形式。在傳輸信號(hào)的方法中，無(wú)線傳輸?shù)某杀臼亲畹偷?，并且無(wú)線傳輸?shù)倪\(yùn)行過(guò)程也相對(duì)比較穩(wěn)定。把無(wú)線傳輸技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)結(jié)合在一起，可以形成一種無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)，無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)不同地區(qū)的信號(hào)之間的傳輸和監(jiān)控的工作。同時(shí)，利用無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)還能建立起便捷的視頻數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，無(wú)線傳輸技術(shù)不僅能提高傳輸技術(shù)的擴(kuò)展性，還具有十分高效的擴(kuò)展性。
6應(yīng)用效益分析
基于傳輸技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)無(wú)線通信終端系統(tǒng)，確保設(shè)計(jì)的無(wú)線通信終端是應(yīng)用無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，不僅能確保設(shè)計(jì)好的終端設(shè)備為一些便攜式電子產(chǎn)品提供無(wú)線接入的功能，也可以滿足人們隨時(shí)隨地上網(wǎng)的需求，使設(shè)計(jì)好的無(wú)線通信終端能夠擁有更多的用戶群。基于傳輸技術(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)無(wú)線通信終端，可以有效地?cái)U(kuò)大無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍，并且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)城市的信號(hào)覆蓋。同樣，基于傳輸技術(shù)設(shè)計(jì)無(wú)線通信終端，也可以在手持終端以及增值業(yè)務(wù)中大量應(yīng)用該技術(shù)，以發(fā)揮其積極的影響以及社會(huì)應(yīng)用效益。
7結(jié)語(yǔ)
總而言之，通過(guò)對(duì)傳輸技術(shù)和通信工程進(jìn)行全面的研究和分析，可以發(fā)現(xiàn)傳輸技術(shù)在通信工程中的發(fā)展會(huì)逐漸走向多樣性和多元化的道路。當(dāng)傳輸技術(shù)出現(xiàn)多元化的發(fā)展時(shí)，會(huì)提高通信工程中一些相關(guān)傳輸設(shè)備的使用性能和效率。同時(shí)多樣性的傳輸技術(shù)能讓通信工程中的信號(hào)傳輸和網(wǎng)絡(luò)的連接變得更加便捷和穩(wěn)定，從而實(shí)現(xiàn)通信工程的有效、可靠和穩(wěn)定的運(yùn)行。在通信工程中傳輸設(shè)備體積比較小的基礎(chǔ)上[3]，逐漸把很多獨(dú)立設(shè)備具有的功能進(jìn)行了集中，這樣不僅能提高傳輸線路的使用效率，還減少了傳輸信號(hào)的成本，同時(shí)傳輸技術(shù)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，也對(duì)傳輸設(shè)備的功能進(jìn)行了增加，從而提高了傳輸設(shè)備相關(guān)業(yè)務(wù)的能力。
【參考文獻(xiàn)】
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中圖分類號(hào)：TP212 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2013）12-0180-02
1 引言
隨著人類社會(huì)的發(fā)展，人們向大自然索取的資源越來(lái)越多，能源消耗日趨巨大，這種消耗往往都是不可逆轉(zhuǎn)的，所以當(dāng)今社會(huì)以及全球越來(lái)越重視節(jié)能減排。歐美等國(guó)家先后出臺(tái)了很多節(jié)能策略，并且取得了很多成就。
校園作為社會(huì)的一部分，同時(shí)也占能耗消耗的重大比重[1]。校園內(nèi)資源的浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，長(zhǎng)明燈、長(zhǎng)流水等現(xiàn)象比比皆是，而且學(xué)校內(nèi)人員眾多，建筑能耗[2]多，這就使得在校園內(nèi)開(kāi)展節(jié)能工作成為重要的環(huán)節(jié)，并且大學(xué)生素質(zhì)高，只要很好的制定一個(gè)節(jié)能策略，就會(huì)很好的起到節(jié)能的作用，節(jié)能潛力巨大。
2 校園水電管理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)分為三個(gè)子模塊：（1）終端監(jiān)測(cè)；（2）數(shù)據(jù)傳輸；（3）平臺(tái)軟件。①終端監(jiān)測(cè)：主要是對(duì)水、電信息的采集，終端安裝智能表具。對(duì)電計(jì)量監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)建筑根據(jù)各樓實(shí)際情況監(jiān)管到樓分項(xiàng)支路、層分項(xiàng)支路；水計(jì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)樓宇總體一級(jí)計(jì)量監(jiān)測(cè)，對(duì)供水源頭（泵房）消耗進(jìn)行計(jì)量監(jiān)測(cè)，并設(shè)置過(guò)濾裝置；②數(shù)據(jù)傳輸：主要依托于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，采用Zigbee的傳輸技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。配置并安裝好接口服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器等；終端采用具備遠(yuǎn)傳功能的電子智能水表、電表的數(shù)據(jù)和控制線路布線、網(wǎng)絡(luò)布線、串口服務(wù)器、服務(wù)器等安裝，并接入校園網(wǎng)。③平臺(tái)軟件：系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于節(jié)能監(jiān)管平臺(tái)的多系統(tǒng)集成，系統(tǒng)集成遵循“三個(gè)統(tǒng)一”的原則——統(tǒng)一門(mén)戶信息、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)。系統(tǒng)要求采用BS架構(gòu)，用戶在任何聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上經(jīng)過(guò)授權(quán)都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、分析和管理操作。系統(tǒng)采用樹(shù)形結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)象選擇操作，對(duì)象可以選擇樓、層、間，也可以選擇部門(mén)、學(xué)院，操作界面風(fēng)格清新大方，易于操作，支持多業(yè)務(wù)操作。
2.2 系統(tǒng)總體解決方案和技術(shù)架構(gòu)
本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)終端裝有支持RS485接口的智能表具，然后將終端表采集的電量、水量信息通過(guò)RS485轉(zhuǎn)Zigbee模塊，將信息轉(zhuǎn)化成Zigbee網(wǎng)絡(luò)無(wú)線信號(hào)，ZigBee終端節(jié)點(diǎn)（或路由節(jié)點(diǎn)）將信息傳遞到Zigbee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，Zigbee協(xié)調(diào)器帶有RS485接口，再通過(guò)RS485轉(zhuǎn)TCP/IP模塊相結(jié)合，通過(guò)校園現(xiàn)有以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。IT基礎(chǔ)設(shè)施有：校園網(wǎng)絡(luò)、主機(jī)存儲(chǔ)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)及應(yīng)用服務(wù)。本系統(tǒng)以標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，信息安全，運(yùn)維保障體系健全的要求設(shè)計(jì)。
2.3 設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控
目前，校園網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)已到達(dá)較高水平，校園局域網(wǎng)遍布校內(nèi)各個(gè)建筑。具備使用校園以太網(wǎng)作為通訊線路的基礎(chǔ)條件。針對(duì)學(xué)校各建筑的水表的監(jiān)測(cè)，將每個(gè)水表（RS485接口）的信號(hào)通過(guò)串口轉(zhuǎn)換Zigbee網(wǎng)絡(luò)，然后Zigbee網(wǎng)絡(luò)通過(guò)RS485接口接到串口服務(wù)器，串口服務(wù)器將信號(hào)轉(zhuǎn)換到以太網(wǎng)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)，最終所有水表的數(shù)據(jù)匯集到一臺(tái)服務(wù)器機(jī)上。
物理上，每個(gè)串口轉(zhuǎn)換模塊需要設(shè)置唯一的IP地址，將模塊連接到接入網(wǎng)絡(luò)的交換機(jī)即可。作為數(shù)據(jù)最終匯集的PC機(jī)，可以放在任何位置，只需保證網(wǎng)絡(luò)中所有模塊及PC機(jī)上網(wǎng)即可。在PC機(jī)上，可以使用相關(guān)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖表顯示等功能。
由于Zigbee是一種短距離無(wú)線傳輸，雖然通過(guò)多級(jí)跳以及增加功率放大器的方式也能實(shí)現(xiàn)上千米的傳輸距離，但是就校園網(wǎng)絡(luò)目前的狀況而言，第一，由于校園樓宇眾多，還有兩個(gè)校區(qū)，兩個(gè)校區(qū)相距較遠(yuǎn)，如果設(shè)置一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)會(huì)增加中心協(xié)調(diào)器的負(fù)載，而且信號(hào)傳輸質(zhì)量也得不到保證。第二，目前校園網(wǎng)的鋪設(shè)已經(jīng)完善，學(xué)校各個(gè)教學(xué)樓、寢室樓、實(shí)驗(yàn)室等都有校園網(wǎng)絡(luò)的鋪設(shè)。第三，水、電監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)多，有些節(jié)點(diǎn)還很隱蔽，直接用有線傳輸?shù)姆绞诫y以實(shí)現(xiàn)。
綜上所述，本文設(shè)計(jì)了Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與校園網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的采集。將每個(gè)校園里的建筑單獨(dú)劃分為一個(gè)獨(dú)立的單元，在這個(gè)單元里設(shè)計(jì)一個(gè)Zigbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，將樓里的多個(gè)智能電表采集的信息統(tǒng)一發(fā)送到Zigbee協(xié)調(diào)器中，協(xié)調(diào)器帶有RS485接口，通過(guò)RS485將其與串口服務(wù)器連接轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)連接到校園網(wǎng)，數(shù)據(jù)中心直接通過(guò)ip地址就能讀取到各個(gè)表所采集的信息。如圖1所示，為數(shù)據(jù)傳輸體系結(jié)構(gòu)圖。
3 結(jié)論
本文應(yīng)用了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及優(yōu)越性，利用Zigbee無(wú)線傳輸技術(shù)，將底層的采集終端，通過(guò)Zigbee無(wú)線傳輸網(wǎng)路傳輸，再由串口服務(wù)器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，然后從數(shù)據(jù)中心調(diào)取數(shù)據(jù)后，用網(wǎng)站的形式進(jìn)行分析監(jiān)管。系統(tǒng)用戶交互界面友好、操作簡(jiǎn)單方便、設(shè)計(jì)方法邏輯思維強(qiáng)，后期維護(hù)方便，節(jié)省人力，能夠準(zhǔn)確的對(duì)校園水電進(jìn)行管理和統(tǒng)計(jì)。目前系統(tǒng)運(yùn)行良好，對(duì)日后的節(jié)能控制策略的研究具有深遠(yuǎn)的意義。
中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)要求多架無(wú)人機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和傳輸，而無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)采用無(wú)線傳輸技術(shù)作為底層通信手段，無(wú)線信道本身的物理特性決定了它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬，再加上無(wú)線信道產(chǎn)生的碰撞、信號(hào)衰減、多徑干擾等因素，使無(wú)人機(jī)終端可得到的實(shí)際帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上的最大帶寬值。因此，選擇合適的物理層傳輸技術(shù)是提高無(wú)人機(jī)組網(wǎng)性能的關(guān)鍵性問(wèn)題之一。
1無(wú)人機(jī)Ad Hoc 網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)
Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是一種特殊結(jié)構(gòu)的無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，其通信依靠節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)作，以無(wú)線多跳方式完成。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都帶有收發(fā)信機(jī)，采用分布式控制，同時(shí)具有主機(jī)和路由器的功能，可以不依賴預(yù)先存在的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而快速展開(kāi)，各節(jié)點(diǎn)可在不進(jìn)行通知的情況下自由進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)和脫離網(wǎng)絡(luò)且不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)陷入癱瘓，具有自組織和自管理的特性。無(wú)人機(jī)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)在很多方面區(qū)別于其他通信網(wǎng)絡(luò)，表現(xiàn)在：
（1）移動(dòng)自組織。除了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)外沒(méi)有固定的基礎(chǔ)設(shè)施，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由功能，支持隨時(shí)隨地通信，能自發(fā)組建移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；
（2）動(dòng)態(tài)拓?fù)?。?jié)點(diǎn)可以以任意可能的速度和模式移動(dòng)，自由地加入或者離開(kāi)Ad hoc 網(wǎng)絡(luò)，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化。
（3）無(wú)線多跳路由。無(wú)線通信范圍外的通信需要由中間節(jié)點(diǎn)完成路由轉(zhuǎn)發(fā)功能。
（4）完全分布式。Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)是由對(duì)等節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，不存在中心控制，管理和組網(wǎng)都非常簡(jiǎn)單靈活。
（5）無(wú)線傳輸帶寬窄。它所能提供的網(wǎng)絡(luò)帶寬相對(duì)于有線信道要低得多，并且無(wú)線信道的質(zhì)量較差。
（6）安全性差。自組網(wǎng)是一種特殊的無(wú)線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，由于采用無(wú)線信道和分布式控制等技術(shù)，它更加容易受到被動(dòng)竊聽(tīng)、主動(dòng)入侵、網(wǎng)絡(luò)攻擊。因此，信道加密、抗干擾、用戶認(rèn)證、密鑰管理、訪問(wèn)控制和其他安全措施都需要特別考慮。無(wú)人機(jī)組成的Ad hoc網(wǎng)絡(luò)如圖1所示。
2 OFDM技術(shù)概述
OFDM的概念源自于頻分復(fù)用（FDM）和多載波通信（MC）技術(shù)，它是在MC的基礎(chǔ)上，使不同的子載波相互正交，這種正交性有利于克服FDM及通常MC中頻譜效率低的不足。其實(shí)質(zhì)就是把高速率的信源信息流通過(guò)串并變換，變換成低速率的N路并行數(shù)據(jù)流，然后用N個(gè)相互正交的載波進(jìn)行調(diào)制，將N路調(diào)制后的信號(hào)相加得到發(fā)射信號(hào)。
3 OFDM技術(shù)在無(wú)人機(jī)Ad hoc自組網(wǎng)中的優(yōu)勢(shì)
在無(wú)人機(jī)Ad Hoc自組網(wǎng)中利用OFDM技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
（1）頻帶利用率高。OFDM系統(tǒng)由于各個(gè)子載波之間存在正交性，允許子信道的頻譜相互重疊，而不是傳統(tǒng)的利用保護(hù)頻帶分離子信道的方式，因此OFDM可以最大限度的利用頻譜資源。
（2）抗噪聲和多徑衰落能力強(qiáng)。OFDM系統(tǒng)可以把一個(gè)串行傳輸?shù)母咚贁?shù)字流轉(zhuǎn)化到多個(gè)低速率的并行信道上，這樣在每個(gè)子載波上傳輸?shù)姆?hào)周期就相應(yīng)的比同速率的單載波系統(tǒng)上的符號(hào)周期長(zhǎng)很多倍，從而使OFDM對(duì)脈沖噪聲和多徑時(shí)延失真的抵抗能力更強(qiáng)。
（3）易于實(shí)現(xiàn)真正的數(shù)字化調(diào)制和解調(diào)。與傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)不同，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和大容量可編程邏輯器件技術(shù)的發(fā)展，借助于FFT/IFFT變換，OFDM系統(tǒng)在基帶可以非常容易的實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的全數(shù)字調(diào)制和解調(diào)，從而簡(jiǎn)化了通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。
（4）降低了均衡的復(fù)雜性。由于OFDM系統(tǒng)把整個(gè)可利用帶寬劃分成許多個(gè)窄帶子信道，對(duì)每個(gè)子信道而言，符號(hào)周期大大變長(zhǎng)，單個(gè)子信道上的頻率響應(yīng)變得相對(duì)平坦了許多，從而使信道引入的符號(hào)間串?dāng)_變得不再重要，因此所需的均衡要比串行系統(tǒng)簡(jiǎn)單。
2 結(jié)論
本文通過(guò)對(duì)OFDM技術(shù)分析得出無(wú)人機(jī)Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)的物理層采用OFDM技術(shù)，可以提高數(shù)據(jù)傳輸能力。無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)方面，還有很多東西有待于研究和開(kāi)發(fā)。本文僅僅是對(duì)無(wú)人機(jī)自組網(wǎng)物理層技術(shù)的探討，僅供參考。
參 考 文 獻(xiàn)
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