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1.13G技術(shù)不斷成熟
3G指的是第三代移動(dòng)通信,現(xiàn)階段全球范圍內(nèi)包括三種主流3G標(biāo)準(zhǔn)。中國(guó)科研人員通過(guò)不懈努力,成功研發(fā)出了國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn),即TD-SCDMA。這三類(lèi)技術(shù)有不同的優(yōu)缺點(diǎn),是3G技術(shù)的主流應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。3G網(wǎng)絡(luò)能夠在各類(lèi)蜂窩之間自由切換,可以在移動(dòng)的條件下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,且可以應(yīng)用于大范圍傳輸,能夠傳送語(yǔ)音類(lèi)與數(shù)據(jù)類(lèi)訊息。
1.2寬帶固定無(wú)線接入技術(shù)快速發(fā)展
寬帶固定無(wú)線接入技術(shù)有諸多優(yōu)勢(shì):帶寬高、建設(shè)速度快、接入手段靈活多變等。因此無(wú)線通信業(yè)越來(lái)越加大了對(duì)該技術(shù)的投入。然而也存在一些局限性,譬如高頻段的LMDS技術(shù)無(wú)法應(yīng)用于惡劣天氣條件下,而DDMS技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用帶寬受限,其發(fā)展受到了約束。正基于此,在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中必須依照具體情況,有針對(duì)性地進(jìn)行應(yīng)用,最大化其特長(zhǎng),規(guī)避其缺陷。
1.3藍(lán)牙技術(shù)成為新興的短距離無(wú)線通信技術(shù)
遠(yuǎn)距離無(wú)線通信技術(shù)逐漸更新?lián)Q代,而近距離無(wú)線通信技術(shù)也在同步發(fā)展?,F(xiàn)階段,人們隨身攜帶的通信工具,主要利用紅外線進(jìn)行傳輸,通過(guò)IRDA能夠避免長(zhǎng)距離電線電纜的麻煩,但仍然不便于利用。藍(lán)牙技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并成功地在短距離內(nèi)創(chuàng)建了公眾化的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。各種信號(hào)均可以借助接入點(diǎn)進(jìn)行傳輸,摒棄了傳統(tǒng)的電纜,而且被廣泛應(yīng)用于交互式短距離無(wú)線通信中。這就包括了電話會(huì)議、相機(jī)與電腦終端之間的圖像傳輸、不同家庭電器的遙控等。
1.4Wimax成為寬帶無(wú)線技術(shù)新產(chǎn)物
Wimax科技正逐漸興起,其特點(diǎn)是遠(yuǎn)距離傳輸與高帶寬。通過(guò)Wimax,人們有效地構(gòu)建了城市之間、城鄉(xiāng)之間的無(wú)線網(wǎng)。Wimax能夠覆蓋幾十公里以上,網(wǎng)絡(luò)速度達(dá)到了幾十M/s。所以有些科學(xué)家認(rèn)為,其遠(yuǎn)距離與高速傳輸服務(wù)也許會(huì)搶占3G通訊的市場(chǎng)份額。Wimax技術(shù)在運(yùn)營(yíng)開(kāi)支、傳輸速度和距離等層面有著得天獨(dú)厚的優(yōu)越性,也許會(huì)成為一類(lèi)開(kāi)創(chuàng)產(chǎn)業(yè)新局面的科技。
1.5超寬帶無(wú)線接入技術(shù)
超寬帶是一類(lèi)時(shí)域通信手段,其無(wú)線接入技術(shù)比普通科技手段的帶寬高,有著高速率、開(kāi)支少、能耗少的優(yōu)勢(shì)。相比于傳統(tǒng)的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò),這種技術(shù)無(wú)需載波,僅僅通過(guò)小周期的脈沖信號(hào)作為載體,以二進(jìn)制信號(hào)進(jìn)行傳輸。這種超寬帶信號(hào)的頻譜比較稀疏,信號(hào)強(qiáng)度是mW級(jí)別,能夠抵御強(qiáng)干擾信號(hào)。相比于CDMA框架,此通信系統(tǒng)更利于實(shí)現(xiàn),僅需較少的開(kāi)支。
2未來(lái)無(wú)線通信領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)
2.1現(xiàn)代無(wú)線通信領(lǐng)域技術(shù)互補(bǔ)性日益明顯
現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)種類(lèi)逐漸增多,每種都有各自的優(yōu)劣勢(shì)與適用場(chǎng)合。3G相對(duì)適合于大范圍與城際漫游的數(shù)據(jù)傳輸需求,而無(wú)線局域網(wǎng)則適合于中距離范圍內(nèi)的信號(hào)傳輸,超寬帶技術(shù)適合于近距離、超高速的無(wú)線通訊。所以在發(fā)展無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的歷程中,我們應(yīng)當(dāng)依照不同消費(fèi)者的個(gè)性化需求,甄選出最適合的無(wú)線通訊手段,使得無(wú)線通信業(yè)務(wù)有著多元化未來(lái),更好地處理移動(dòng)通信應(yīng)用中的各類(lèi)難題。在不遠(yuǎn)的將來(lái),無(wú)線寬帶接入技術(shù)仍會(huì)朝著高帶寬、大范圍傳輸?shù)姆较虿粩喟l(fā)展。未來(lái)仍有可能會(huì)孕育出更先進(jìn)的技術(shù)手段?,F(xiàn)階段的無(wú)線寬帶接入技術(shù)應(yīng)用于受限條件下的高速度傳輸,其話音通訊性能仍然與公眾移動(dòng)通訊手段相距甚遠(yuǎn)。因此,我們應(yīng)著眼于未來(lái),不斷挖掘其技術(shù)優(yōu)越性,彌補(bǔ)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用缺陷,以更好地服務(wù)大眾,同時(shí)避免資源浪費(fèi)。
2.2藍(lán)牙技術(shù)將革新現(xiàn)代無(wú)線通信業(yè)的發(fā)展
在藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展大潮中,眾多企業(yè)都在探究和制造以藍(lán)牙技術(shù)為主導(dǎo)的電子產(chǎn)品,譬如某集團(tuán)研制了以藍(lán)牙技術(shù)為基礎(chǔ)的無(wú)線耳機(jī)等。芯片設(shè)計(jì)研發(fā)團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了在藍(lán)牙技術(shù)所需頻段內(nèi)的專(zhuān)用IC,同時(shí)配備了與之匹配的應(yīng)用硬件軟件套裝,便于其他客戶或應(yīng)用廠商可以快速掌握此芯片的應(yīng)用之道,并生產(chǎn)出以藍(lán)牙技術(shù)為本的新產(chǎn)品。除此之外,軟件開(kāi)發(fā)企業(yè)研發(fā)出了大量適用于藍(lán)牙技術(shù)的軟件,被廣泛應(yīng)用于電腦、手機(jī)等。大部分電子產(chǎn)品都能借助藍(lán)牙技術(shù)以無(wú)線方式連接成網(wǎng)絡(luò),使人們可以自由地傳輸訊息。藍(lán)牙技術(shù)的產(chǎn)生推動(dòng)了無(wú)線通信業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展,計(jì)算機(jī)業(yè)和電器行業(yè)都得益于藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展,并加大了對(duì)藍(lán)牙技術(shù)開(kāi)發(fā)的投資力度。
2.3無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的融合趨勢(shì)
2.3.1無(wú)線技術(shù)與蜂窩網(wǎng)技術(shù)的融合
為了完成其計(jì)費(fèi)與檢測(cè)功能,短距離無(wú)線通信技術(shù)被應(yīng)用于電子產(chǎn)品中。現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)在近些年來(lái)迎來(lái)了更快速的發(fā)展,愈來(lái)愈多的短距離無(wú)線接入技術(shù)被應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)層面,譬如藍(lán)牙技術(shù)有效融合了短距離無(wú)線技術(shù)與蜂窩網(wǎng)技術(shù)。
2.3.2移動(dòng)通信技術(shù)和無(wú)線寬帶接入技術(shù)的融合
移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展成熟,與寬帶業(yè)務(wù)領(lǐng)域的拓寬,直接推動(dòng)了多種寬帶接入技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。譬如無(wú)線局域網(wǎng)技術(shù)推動(dòng)了3G通訊技術(shù)的其他應(yīng)用。而且移動(dòng)通信技術(shù)和無(wú)線寬帶接入技術(shù)互惠互利,并在4G時(shí)代完美地融合成一個(gè)健全的系統(tǒng)。
2.3.3現(xiàn)代無(wú)線通信技術(shù)與視頻等多媒體技術(shù)的融合
1.1移動(dòng)終端的硬件平臺(tái)飽受威脅。當(dāng)前,移動(dòng)終端的硬件平臺(tái)普遍缺乏驗(yàn)證機(jī)制與保護(hù)機(jī)制,以至于部分模塊固件被不發(fā)入侵者肆意篡改,加之終端內(nèi)部的通信接口未形成集聚完整性與機(jī)密性的保護(hù)機(jī)制,導(dǎo)致移動(dòng)終端內(nèi)傳出的信息被黑客竊聽(tīng),對(duì)其基本安全性造成極大威脅。
1.2由于4G無(wú)線系統(tǒng)包含著許多種類(lèi),但操作系統(tǒng)的安全性卻相對(duì)匱乏,因而出現(xiàn)了許多漏洞,而且這些漏洞具有公開(kāi)性特征。
1.34G無(wú)線系統(tǒng)的移動(dòng)終端具備支持多種無(wú)線應(yīng)用的功能,例如電子郵件、電子商務(wù)等。假使這些無(wú)線應(yīng)用本身在程序方面存在著漏洞或安全隱患,同樣會(huì)對(duì)4G無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)安全性造成極大威脅。
二、提升4G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)安全性的主要策略
由于有線網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在基本特性方面存在著較大差異,因此在設(shè)計(jì)無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)安全方案時(shí),應(yīng)當(dāng)充分考慮其兼容性、安全性以及效率性等因素,從而最大限度提升4G無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)安全性。
2.1研發(fā)與利用加固型操作系統(tǒng)
為了規(guī)避安全問(wèn)題,在選擇操作系統(tǒng)時(shí),應(yīng)選擇滿足TMP需求的操作系統(tǒng),能夠支持遠(yuǎn)程驗(yàn)證、區(qū)域隔離以及混合訪問(wèn)控制等操作。
2.2采取硬件物理保護(hù)措施
通過(guò)加大無(wú)線通信測(cè)試平臺(tái)硬件的集成度,減少存在攻擊威脅的接口數(shù)量,并適當(dāng)增加電壓、電流以及溫度,以此方式達(dá)到檢測(cè)電路的目標(biāo),以防采取物理檢測(cè)措施時(shí)被攻擊。此外,針對(duì)TPM和全球用戶識(shí)別卡中的相關(guān)數(shù)據(jù),還應(yīng)當(dāng)根據(jù)安全級(jí)別進(jìn)行銷(xiāo)毀處理。
2.3不斷加固硬件平臺(tái)
把中國(guó)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)可信應(yīng)用平臺(tái)視作網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題基本防護(hù)對(duì)象,除了對(duì)其進(jìn)行全方位檢測(cè)以及可信啟動(dòng)之外,還應(yīng)予以存儲(chǔ)保護(hù)等安全措施。同時(shí),由于4G無(wú)線通信的核心網(wǎng)是TD-SCDMA,盡管不對(duì)稱管制、起步晚以及備受懷疑等主客觀因素對(duì)其發(fā)展產(chǎn)生了一定的影響,但TD-SCDMA的整體發(fā)展趨勢(shì)十分明朗,同時(shí)還取得了較大成功。而隨著TD-LTE的不斷推行與普及,其發(fā)展事態(tài)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)TD-SCDMA,全球范圍內(nèi)TD-LTE的商用網(wǎng)絡(luò)總數(shù)已達(dá)到13個(gè),其發(fā)展與應(yīng)用必定會(huì)成為大勢(shì)所趨。
2.4提升通信服務(wù)效率
由于無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)資源有限,為了提升網(wǎng)絡(luò)資源的可靠性、安全性與有效性,首先應(yīng)當(dāng)控制安全協(xié)議的信息交互總數(shù),確保安全信息的精準(zhǔn)性與短小性。其次,控制移動(dòng)終端的任務(wù)數(shù)量,針對(duì)4G無(wú)線通信的網(wǎng)絡(luò)終端制定明確的標(biāo)準(zhǔn),要求其計(jì)算能力具備明顯的非對(duì)稱性。最后,針對(duì)處于閑置狀態(tài)的移動(dòng)終端,必須加以有效利用,從而實(shí)現(xiàn)預(yù)計(jì)算、預(yù)認(rèn)證的目標(biāo)。
三、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)上述分析,我們可以得出無(wú)線局域網(wǎng)在應(yīng)用過(guò)程中具有諸多優(yōu)勢(shì),其主要優(yōu)點(diǎn)如下:(1)具備較多的靈活性和移動(dòng)性。在無(wú)線局域網(wǎng)中則可以在信號(hào)覆蓋的任意方位內(nèi)都可以接入網(wǎng)絡(luò),具有其強(qiáng)的靈活性。除此之外,無(wú)線局域網(wǎng)還具有另一個(gè)優(yōu)勢(shì),那就是移動(dòng)性。一般來(lái)說(shuō),用戶可以在連接到無(wú)線局域網(wǎng)的空間內(nèi)隨意的移動(dòng)計(jì)算機(jī)設(shè)備,不會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)的限制。(2)在無(wú)線網(wǎng)安裝過(guò)程中很便捷。由于網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)周期長(zhǎng),對(duì)于周?chē)h(huán)境的影響也非常大,常常需要破壞墻體和地面來(lái)進(jìn)行管道穿線工作。而無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)通常只需在安裝一個(gè)或多個(gè)接入點(diǎn)設(shè)備后,便可以在整個(gè)空間內(nèi)覆蓋上局域網(wǎng)絡(luò),這樣不僅可以免去對(duì)于環(huán)境的破壞性,還能夠減少網(wǎng)絡(luò)施工的工作量。(3)無(wú)線局域網(wǎng)便于網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃和調(diào)整。對(duì)于辦公地點(diǎn)來(lái)說(shuō),一旦架設(shè)了有限網(wǎng)絡(luò),就很難對(duì)其進(jìn)行更改,而且重新布線施工是一個(gè)耗時(shí)、耗力、耗錢(qián)的過(guò)程。所以,相對(duì)來(lái)說(shuō),采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)就能夠盡量減少這種情況的發(fā)生,還能夠節(jié)省時(shí)間和人力,最為重要的是了節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。(4)采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)易于擴(kuò)展。在無(wú)線局域網(wǎng)中具有多種配置方式,因此用戶可以根據(jù)具體需求來(lái)對(duì)其進(jìn)行靈活的選擇。無(wú)論是從只有幾個(gè)小用戶的小型局域網(wǎng)還是擁有上千用戶的大型網(wǎng)絡(luò),都可以采用這種網(wǎng)絡(luò)方式,這是有線局域網(wǎng)所不能比擬的。
2無(wú)線局域網(wǎng)的基本設(shè)備
2.1無(wú)線網(wǎng)卡
網(wǎng)卡又被稱為網(wǎng)絡(luò)適配器,它是將計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)電纜連接在一起的基礎(chǔ)設(shè)備,因此,只要采用無(wú)線信號(hào),計(jì)算機(jī)之間就能夠進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)傳輸,其功能和普通的電腦網(wǎng)卡相同,區(qū)別只是在于不用進(jìn)行有線的連接。
2.2無(wú)線AP
無(wú)線AP指的是無(wú)線接人點(diǎn),英文縮寫(xiě)為AccessPoint,主要用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線交換機(jī)中,它是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的核心。一般情況,無(wú)線AP主要用于家庭、大樓以及園區(qū)的內(nèi)部,如果移動(dòng)計(jì)算機(jī)的用戶想要進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中,就需要先進(jìn)入到有線網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)中,從而使得信號(hào)的覆蓋范圍遠(yuǎn)達(dá)幾十米,甚至到上百米。
2.3無(wú)線天線
無(wú)線天線是指在信號(hào)傳輸過(guò)程中,將傳輸線中的電磁能轉(zhuǎn)化為自由空間的電磁波,或者是將空間內(nèi)的電磁波向傳輸線中的電磁專(zhuān)用設(shè)備轉(zhuǎn)化。一般當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間相距較遠(yuǎn)時(shí),信號(hào)強(qiáng)度就會(huì)隨著距離的增加而不斷減弱,與此同時(shí),信息的傳送速度也會(huì)降低,這樣就會(huì)導(dǎo)致無(wú)線網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有辦法正常的運(yùn)行,這個(gè)時(shí)候就又要借助無(wú)線天線來(lái)增強(qiáng)所接受或是傳送的信號(hào),保證無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)作。
2.4無(wú)線路由器
人們所熟知的無(wú)線路由器是指帶有無(wú)線覆蓋的路由器,一般在路由器的應(yīng)用下,可以實(shí)現(xiàn)用戶上網(wǎng)和無(wú)線的覆蓋。另外,無(wú)線路由器可以將其無(wú)線和有線連接的終端都分配到一個(gè)子網(wǎng)中,從而使得子網(wǎng)內(nèi)的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更加方便的就能進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。
3結(jié)束語(yǔ)
可見(jiàn)光通信的發(fā)射和接收技術(shù)主要采用強(qiáng)制調(diào)制/直接檢測(cè)(IM/DD)方式。由于這種檢測(cè)方式的硬件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,成本也比較低,在實(shí)際應(yīng)用中被廣泛地采用。它是一種非最優(yōu)化的檢測(cè)技術(shù),這種檢測(cè)技術(shù)使得可見(jiàn)光通信的研究更加具有實(shí)用性,相比于傳統(tǒng)的無(wú)線檢測(cè)系統(tǒng),這種檢測(cè)方式具有靈敏度低的缺點(diǎn)。而且對(duì)于可見(jiàn)光通信需要制作專(zhuān)門(mén)的收發(fā)器,因此要想完善可見(jiàn)光通信技術(shù),還需要設(shè)計(jì)合理的LED驅(qū)動(dòng)電路和接收激光的檢測(cè)電路。
2可見(jiàn)光鏈路技術(shù)
光的傳播具有很強(qiáng)的方向性,因此可見(jiàn)光通信在傳播的過(guò)程中,其鏈路會(huì)受到路徑中物體的阻擋。無(wú)線光鏈路主要分為視距鏈路和非視距鏈路兩種方式。視距鏈路方式下光線在傳播的過(guò)程中遇到障礙物,不能像射頻電磁波一樣進(jìn)行繞射或者衍射,其魯棒性較差。在非視距鏈路的方式下,反射鏡的應(yīng)用可以使反射后的光功率具有較大程度的衰減值,從而其鏈路也更加可靠。但是也需要提高相應(yīng)的信號(hào)處理技術(shù)和接收機(jī)的靈敏度。這兩種鏈路技術(shù)在室內(nèi)的通信中都得到了很好的應(yīng)用,其中視距鏈路占據(jù)大部分的接收信號(hào)功率,而非視距鏈路主要是用來(lái)對(duì)信道進(jìn)行時(shí)延擴(kuò)展??梢?jiàn)光通信需要的是雙向的交互信息,因此在進(jìn)行可見(jiàn)光通信的設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮反向鏈路的問(wèn)題??梢岳霉饩€傳播的可逆特性,在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間形成反向的鏈路。這種方式雖然理論可行,但在具體的應(yīng)用中還要考慮其實(shí)用性,可見(jiàn)光通信的信源端和接收端在復(fù)雜程度和體積規(guī)模上具有很大的不同,因此需要將反向鏈路設(shè)計(jì)成不對(duì)稱的方式,這樣的設(shè)計(jì)方法會(huì)增大下行信道的容量,實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)傳輸,還可以傳遞反饋和鏈路的控制信息。
3可見(jiàn)光通信與傳統(tǒng)無(wú)線通信結(jié)合技術(shù)
相比于傳統(tǒng)的SISO系統(tǒng),MIMO采用多天線傳輸,具有了更多的空間自由度??梢愿鶕?jù)不同的應(yīng)用情況采取不同的增益,其存在的主要增益有陣列增益、分集增益、空分復(fù)用增益和干擾增益。不同的增益之間存在著權(quán)衡。其主要的缺點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流之間存在一定的干擾,需要在接收端采用最大的似然檢測(cè),只有這樣才能獲得最佳的性能,也提高了相應(yīng)的計(jì)算復(fù)雜度。主要的接收算法有ZF接收算法和MMSE接收算法,其中MMSE接收算法可以通過(guò)預(yù)編碼技術(shù)完全消除數(shù)據(jù)流之間的干擾,很好地權(quán)衡了噪聲抑制和計(jì)算的復(fù)雜度方面。同時(shí)接收端在進(jìn)行后處理矩陣的處理后,各個(gè)子數(shù)據(jù)流不會(huì)受到其他數(shù)據(jù)流的干擾。OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù),可以有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)流的并行傳輸。這種技術(shù)使得每個(gè)頻點(diǎn)占用的帶寬比較小,其信道響應(yīng)也較為平坦,因此可以對(duì)抗頻率的選擇性衰落。OFDM技術(shù)利用的是傅里葉變換技術(shù),結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,降低了OFDM的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度。另外,OFDM技術(shù)可以和其他多址的接入方法相結(jié)合,在配置方面具有較大的靈活性。但是由于OFDM技術(shù)是一種多載波調(diào)制技術(shù),其發(fā)射的信號(hào)是由多個(gè)獨(dú)立的子信道疊加而成的,因此當(dāng)各個(gè)子信道的相位一致時(shí),就會(huì)出現(xiàn)較大的峰值,導(dǎo)致較高的峰值平均功率比。而且該系統(tǒng)中各個(gè)子載波是相互正交的,頻率的偏差會(huì)引起子載波間的干擾??梢?jiàn)光通信技術(shù)可以應(yīng)用OFDM提高通信鏈路的電學(xué)頻譜利用率,在可見(jiàn)光通信系統(tǒng)中應(yīng)用MIMO技術(shù)可以增加其信道的容量。然而,相比于傳統(tǒng)的通信技術(shù),光通信具有其獨(dú)特的方面,因此在進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)還要充分考慮光鏈路的特點(diǎn),比如光通信中的空間復(fù)用技術(shù),發(fā)射和接收機(jī)中的光學(xué)原理,成像和非成像分集的使用等等。
4總結(jié)
無(wú)線通信專(zhuān)網(wǎng)建設(shè),首先要設(shè)置限制區(qū)和非限制區(qū)兩個(gè)功能分區(qū),其中,限制區(qū)包括CI、NI、PX/PS和TB/TC區(qū)域,其余區(qū)域?qū)儆诜窍拗茀^(qū),限制區(qū)功能設(shè)置包括四大要點(diǎn):第一,手機(jī)終端應(yīng)由非限制區(qū)接入限制區(qū),具備自動(dòng)關(guān)閉功能,無(wú)需人為干預(yù);第二,手機(jī)終端可接收控制臺(tái)發(fā)出的除電磁波信號(hào)的以外的其他消息,如點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短信;第三,可接收非限制區(qū)發(fā)出的除電磁波信號(hào)的以外的其他消息;第四,在特殊情況下,可按需要對(duì)系統(tǒng)主機(jī)進(jìn)行軟件調(diào)整,實(shí)現(xiàn)區(qū)域變換,使限制區(qū)能夠具備非限制區(qū)的全部功能。非限制區(qū)功能設(shè)置包含了限制區(qū)功能設(shè)置的要點(diǎn),此外還包括四大要點(diǎn):其一,系統(tǒng)內(nèi)各移動(dòng)通信終端可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信;其二,通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口,系統(tǒng)內(nèi)手機(jī)終端可以與行政電話系統(tǒng)內(nèi)的固定電話實(shí)現(xiàn)互聯(lián)通信;其三,通過(guò)交換機(jī),系統(tǒng)內(nèi)手機(jī)終端可以與公網(wǎng)電話系統(tǒng)互聯(lián),實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信;其四,還可以與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互聯(lián),實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。
2基本要求
無(wú)線通信專(zhuān)網(wǎng)建設(shè),應(yīng)滿足頻率、寬帶、覆蓋、并發(fā)用戶、發(fā)射功率、移動(dòng)性等要求。其一,頻率要求,申請(qǐng)并獲得工信部關(guān)于無(wú)線電頻率使用的核準(zhǔn);其二,寬帶要求,基站單扇區(qū)容量要大于10Mbps,系統(tǒng)終端速率要大于1Mbps,至于上下行寬帶分配比例可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行靈活調(diào)整,郊區(qū)寬帶覆蓋范圍應(yīng)大于5km;其三,并發(fā)用戶要求,單基站要能夠同時(shí)支持100個(gè)以上用戶的并發(fā)業(yè)務(wù),基站最大發(fā)射功率應(yīng)小于3W,手機(jī)終端最大發(fā)射功率小于150mW;其四,移動(dòng)性要求,將終端的移動(dòng)速度控制在80km/h以內(nèi)時(shí),系統(tǒng)要能夠正常通信,通信設(shè)備應(yīng)采用1+1冗雜備份,確保系統(tǒng)能夠可靠運(yùn)行。
3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
核電廠專(zhuān)用無(wú)線通信系統(tǒng)主要由核心網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)、基站平臺(tái)、終端業(yè)務(wù)接入平臺(tái)三大部分組成,通過(guò)無(wú)線傳輸對(duì)CI、NI、BOP廠房及其他輔助設(shè)施區(qū)的全面覆蓋,使系統(tǒng)具備語(yǔ)音通信、無(wú)線接入、短信廣播、集群調(diào)度等功能,在室內(nèi)采取光纖直放站、干放、耦合器加吸頂天線的方式進(jìn)行覆蓋,在室外采取宏基站進(jìn)行覆蓋。其中,核心網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)由集群調(diào)度平臺(tái)、運(yùn)行維護(hù)平臺(tái)以及短信平臺(tái)組成,且可接入局域網(wǎng);基站平臺(tái)設(shè)置要達(dá)到無(wú)縫覆蓋的目標(biāo),為系統(tǒng)提供無(wú)線終端接入、數(shù)據(jù)安全、空中資源分配、IP業(yè)務(wù)承載等服務(wù);終端業(yè)務(wù)接入平臺(tái)有語(yǔ)音集群調(diào)度平臺(tái)和短信業(yè)務(wù)兩種解決模式,通過(guò)集群調(diào)度終端,可以擴(kuò)展為多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能。
4結(jié)論
由于煤炭生產(chǎn)的施工環(huán)境比較復(fù)雜,井下人員較多,設(shè)備流動(dòng)性也較大,在生產(chǎn)操作中,常常采用多工種聯(lián)合流水作業(yè)的形式進(jìn)行煤礦開(kāi)采,這就要求需要大量的重型設(shè)備參與到煤礦生產(chǎn)中,無(wú)論是在設(shè)備運(yùn)輸中,還是在安裝、調(diào)試中,其都有較高的要求,若不注重煤炭井上井下的協(xié)同生產(chǎn),則容易發(fā)生瓦斯爆炸等事故。然而,隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展,建立基于4G通信技術(shù)的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng),并將其應(yīng)用于煤礦生產(chǎn)中,其不僅可以確保煤礦生產(chǎn)順利進(jìn)行,還可以完成緊急事故的處理,因此,煤礦4G無(wú)線通信移動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn),具有十分重要的意義。
二、基于4G通信技術(shù)的煤礦無(wú)線通信系統(tǒng)
(一)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)架構(gòu)
針對(duì)當(dāng)前煤礦生產(chǎn)對(duì)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)的需求,利用4G中的TD-LTE通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高傳輸速率的寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò),建立信息化、自動(dòng)化、智能化于一體的煤礦安全生產(chǎn)管理系統(tǒng),打破當(dāng)前煤礦系統(tǒng)安全生產(chǎn)局面,將煤礦井下傳感器、視頻等各類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)部署,有效解決信息孤島的問(wèn)題,確保煤礦安全生產(chǎn),從而提高煤礦的生產(chǎn)效率。因此,建立基于分時(shí)長(zhǎng)期演進(jìn)(TD-LTE)的寬帶無(wú)線網(wǎng)絡(luò),由于基于4G通信技術(shù)的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)可以在頻譜帶寬20MHz下可以實(shí)現(xiàn)上行峰值速率和下行峰值速率分別為50Mb/s,100Mb/s,其接入時(shí)延可以小于100ms,如表1所示[3],表示4G通信系統(tǒng)與3G無(wú)線通信系統(tǒng)的對(duì)比,因此,采用TD-LTE無(wú)線通信技術(shù)不僅可以滿足語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)傳輸,也可以有效避免數(shù)據(jù)丟包、延時(shí)等問(wèn)題。下面對(duì)基于4G通信技術(shù)的無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比分析:1.基于TD-LTE通信技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)。TD-TLE煤礦無(wú)線通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)主要由基站、接入網(wǎng)關(guān)、BRAS及核心網(wǎng)通信構(gòu)成,其中,核心網(wǎng)網(wǎng)元可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通信、數(shù)據(jù)傳輸及集群呼叫功能,其主要通過(guò)IMS+EPC+DSS集群模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的[4]。2.建立基于TD-LTE通信技術(shù)的基站通信系統(tǒng)。將Femto/Pico基站應(yīng)用于無(wú)線通信系統(tǒng)建設(shè)中,增強(qiáng)區(qū)域的覆蓋范圍,通過(guò)自身的傳輸網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一接入到安全網(wǎng)關(guān)中,采用IPSEC的方式,以保證網(wǎng)絡(luò)傳輸安全。當(dāng)基站通過(guò)提供WLANAP來(lái)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)過(guò)程中[5],其也可以通過(guò)PDG直接接入網(wǎng)絡(luò)來(lái)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),為了確保提高高質(zhì)量、高傳輸速率的數(shù)據(jù)和語(yǔ)音業(yè)務(wù),則可以通過(guò)直接接入3GPP核心網(wǎng)來(lái)滿足不同的產(chǎn)品需求,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)活動(dòng),建立以SmallCell為基站的網(wǎng)管系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)下層無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)與上層網(wǎng)管系統(tǒng)的對(duì)接。3.建立基于IMS+EPC+DSS集群模式的核心網(wǎng)[6]。在系統(tǒng)中設(shè)置核心網(wǎng),其主要作用是提供用戶連接、系統(tǒng)管理、網(wǎng)絡(luò)承載等功能,分析該系統(tǒng)的核心網(wǎng)系統(tǒng)AXUNiEPC-5[7],其主要依托電信級(jí)EPC核心網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元MME、PGW等功能融為一體的模式,該核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)辦公、遙感業(yè)務(wù)、監(jiān)視控制及電子商務(wù)等基本業(yè)務(wù),其可以為用戶提供安全可靠的LTE接入。另外,核心網(wǎng)系統(tǒng)還利應(yīng)用了IMS系統(tǒng),其是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式,其不僅可以滿足多樣化的多媒體業(yè)務(wù)需求,還可以實(shí)現(xiàn)LTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)系統(tǒng),并且DSS核心網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)LTE的集群呼叫功能,DSS與EPC相比,其都采用了ATCA架構(gòu),并且都可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化的核心網(wǎng)。4.建立綜合應(yīng)用無(wú)線通信系統(tǒng)平臺(tái)。利用分布式高性能計(jì)算機(jī)框架架構(gòu)來(lái)建立一個(gè)安全、可靠、統(tǒng)一的綜合應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái),為了構(gòu)建靈活、適用強(qiáng)的處理平臺(tái),應(yīng)在軟件處理平臺(tái)基礎(chǔ)上增加分析處理數(shù)據(jù)的專(zhuān)用支持工具,如支持LTE、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)和終端的基站系統(tǒng)[8],實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、視頻及語(yǔ)音等各類(lèi)業(yè)務(wù),提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及應(yīng)用接口,從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理的應(yīng)用系統(tǒng)。
(二)無(wú)線移動(dòng)通信系統(tǒng)功能概述
1.調(diào)度功能。調(diào)度系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)的重要通信手段,生產(chǎn)調(diào)度員通過(guò)利用調(diào)度功能來(lái)統(tǒng)籌調(diào)度所有資源,并對(duì)煤礦生產(chǎn)中各種突發(fā)狀況進(jìn)行處理,以保證煤礦生產(chǎn)順利進(jìn)行。調(diào)度功能主要包括生產(chǎn)進(jìn)程管理、煤礦生產(chǎn)流程整合及資源分配等功能。2.語(yǔ)音業(yè)務(wù)。其主要包括以下幾種業(yè)務(wù):第一,移動(dòng)電話,其可以提供語(yǔ)音通信功能;第二,緊急呼叫業(yè)務(wù),當(dāng)煤礦井下的集群用戶發(fā)起緊急呼叫,呼叫中心將會(huì)做出答復(fù),其類(lèi)似與電話業(yè)務(wù),具有簡(jiǎn)單方便、快速的特點(diǎn);第三,主叫號(hào)碼識(shí)別顯示業(yè)務(wù),其主要功能是提供主叫用戶號(hào)碼給被叫用戶。3.集群通信。為了實(shí)現(xiàn)用戶之間的通信,利用無(wú)線集群通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的信息共享功能,與公眾無(wú)線移動(dòng)通信相比,無(wú)線集群通信系統(tǒng)不僅可以提供系統(tǒng)內(nèi)部的全呼、組呼之外,還可以提高雙向通話功能,通過(guò)建立優(yōu)先等級(jí)呼叫和緊急呼叫功能,以滿足煤礦生產(chǎn)安全部門(mén)指揮調(diào)度的需求。4.增殖數(shù)據(jù)服務(wù)。在增殖數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中,主要包括提供視頻通話、物聯(lián)網(wǎng)接入、手機(jī)終端定位、多種數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù),其中,對(duì)于視頻通話,通過(guò)手機(jī)實(shí)時(shí)進(jìn)行無(wú)線視頻業(yè)務(wù),以便于井上工作人員的判斷和決策;數(shù)據(jù)網(wǎng)接入,通過(guò)利用3G通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)終端及無(wú)線傳感器等接口的采集,并利用物聯(lián)網(wǎng)提供終端接入;手機(jī)終端定位,即利用4G無(wú)線通信技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音通話及礦用無(wú)線通信手機(jī)終端定位,即通過(guò)操作人員攜帶的手機(jī)與基站之間的信號(hào)傳輸來(lái)獲得操作人員在井下的信息,這樣地面上的工作人員則可以通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)了解井下工作人員的信息,其可以確保煤礦井下的安全生產(chǎn),同時(shí)也可以提供實(shí)時(shí)信息;數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),為了滿足煤礦井下多種業(yè)務(wù)對(duì)寬帶的需求,實(shí)現(xiàn)高速分組無(wú)線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),并通過(guò)智能手機(jī)綁定內(nèi)部系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)信息、視頻監(jiān)控及安全生產(chǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控等功能,將綜合自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用于系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件實(shí)時(shí)顯示功能,當(dāng)煤礦井下出現(xiàn)異常情況,系統(tǒng)將會(huì)提供自動(dòng)報(bào)警提示功能。
三、結(jié)束語(yǔ)
本文與上一講“無(wú)線移動(dòng)終端的歷史及其硬件結(jié)構(gòu)演進(jìn)”和下一講“通信業(yè)務(wù)引領(lǐng)無(wú)線移動(dòng)終端發(fā)展未來(lái)”合起來(lái),將對(duì)我國(guó)無(wú)線移動(dòng)終端的過(guò)去、現(xiàn)狀和未來(lái)以及無(wú)線移動(dòng)終端上的主要技術(shù)有一個(gè)較詳細(xì)的介紹。
無(wú)線移動(dòng)終端的現(xiàn)狀
針對(duì)不同的用戶群體,現(xiàn)階段無(wú)線移動(dòng)終端高、中、低端三大類(lèi)并存,而且多功能終端占據(jù)主要市場(chǎng)。多功能終端較傳統(tǒng)話音手機(jī)功能豐富,它可以攝像、拍照,可以有PDA、MP3甚至計(jì)算機(jī)的處理功能,它也可以看電視,下載視頻節(jié)目,還可以做電子錢(qián)包或成為電子商務(wù)終端。但這種終端由于通信能力和主CPU數(shù)據(jù)處理能力的限制,需要復(fù)雜數(shù)據(jù)處理能力的業(yè)務(wù)的實(shí)施不夠完善,例如攝像頭像素可能不夠,如果像素夠了又受移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力限制而出現(xiàn)不能無(wú)線傳輸?shù)膯?wèn)題,到了網(wǎng)絡(luò)電視和流媒體,對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸能力的要求就更高了。所以總的來(lái)說(shuō),現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)條件下,業(yè)務(wù)已經(jīng)多種多樣,但還是不能滿足用戶體驗(yàn)需求,很多業(yè)務(wù)目前只是起步階段,是3G業(yè)務(wù)的一個(gè)雛形,到了3G或者后來(lái)的4G,開(kāi)放的智能終端最終滿足用戶對(duì)移動(dòng)通信的需求。
傳統(tǒng)意義上的移動(dòng)業(yè)務(wù)局限于話音業(yè)務(wù),硬件結(jié)構(gòu)主要由射頻模塊和基帶處理模塊兩部分組成。在此硬件基礎(chǔ)上的軟件比較簡(jiǎn)單,而且多由終端生產(chǎn)廠商自己研究開(kāi)發(fā),軟件和用戶界面都已經(jīng)固化到終端里,不能修改,或只能通過(guò)廠家修改和升級(jí)。
如今移動(dòng)終端數(shù)據(jù)處理能力不斷增強(qiáng),其應(yīng)用也日益多樣化,對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件資源要求不斷提高,移動(dòng)終端已不再是傳統(tǒng)意義上的移動(dòng)電話,除了簡(jiǎn)單的話音通信功能外,它還具備數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)計(jì)算功能?,F(xiàn)有的多功能終端能滿足一定的數(shù)據(jù)處理能力,它們多采用ARM9或者ARM11等功能較強(qiáng)的處理器作為控制芯片,而且具有較強(qiáng)的獨(dú)立終端操作系統(tǒng),操作系統(tǒng)或通過(guò)JAVA和BREW等應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)對(duì)外開(kāi)放應(yīng)用程序接口(API),以便第三方應(yīng)用和業(yè)務(wù)客戶端能通過(guò)下載運(yùn)行于終端之上。
目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了很多功能強(qiáng)大的雙處理器(CPU)終端,現(xiàn)階段的智能移動(dòng)終端一般就是指這種具備了兩個(gè)處理器的終端。圍繞這兩個(gè)CPU形成移動(dòng)智能終端中的兩個(gè)子系統(tǒng):通信子系統(tǒng)和應(yīng)用子系統(tǒng)。目前的這種終端由于標(biāo)準(zhǔn)化程度還不夠,不能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的廣泛互通,不能實(shí)現(xiàn)外部功能接口的互通,也不能實(shí)現(xiàn)功能組件的相互替換,所以它們還僅僅是智能終端的雛形。但即便如此,這樣強(qiáng)大而復(fù)雜的硬件資源需要系統(tǒng)化管理,單獨(dú)的智能移動(dòng)終端操作系統(tǒng)主要用來(lái)完成諸如進(jìn)程、內(nèi)存、外部設(shè)備等系統(tǒng)資源的調(diào)度和管理,并提供或通過(guò)JAVA或BREW等應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)為上層應(yīng)用軟件提供服務(wù)。
現(xiàn)階段存在的移動(dòng)終端,除了傳統(tǒng)的話音終端外,多功能終端和初期的智能終端都逐漸趨于開(kāi)放,功能組件逐漸模塊化,加上OMA、3GPP、OMTP等標(biāo)準(zhǔn)化組織的推動(dòng),無(wú)線移動(dòng)終端日益具備了規(guī)范的邏輯體系結(jié)構(gòu),如圖1所示。
基于硬件平臺(tái)(ASIC、外部設(shè)備)上的包括操作系統(tǒng)、應(yīng)用平臺(tái)、應(yīng)用程序和業(yè)務(wù)客戶端程序都是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn),我們統(tǒng)稱之為終端軟件。
終端操作系統(tǒng)
移動(dòng)終端操作系統(tǒng)作為連接軟硬件、承載應(yīng)用的關(guān)鍵平臺(tái),在智能終端中扮演著舉足輕重的角色。目前市場(chǎng)上主流的普通多功能終端操作系統(tǒng)主要有NucleusPLUS、pSOSystem等,主流的智能終端操作系統(tǒng)有Symbian、WindowsCE、PalmOS、Linux等。
NucleusPLUS是由AcceleratedTechnologyInc.(ATI)公司推出的、專(zhuān)為實(shí)時(shí)嵌入式應(yīng)用設(shè)計(jì)的一個(gè)搶先式多任務(wù)操作系統(tǒng)內(nèi)核,其95%的代碼是用ANSIC寫(xiě)成的,因此非常便于移植并能夠支持大多數(shù)類(lèi)型的處理器。從實(shí)現(xiàn)角度來(lái)看,NucleusPLUS是一組C函數(shù)庫(kù),應(yīng)用程序代碼與核心函數(shù)庫(kù)連接在一起,生成一個(gè)目標(biāo)代碼,下載到目標(biāo)板的RAM中或直接燒錄到目標(biāo)板的ROM中執(zhí)行。在典型的目標(biāo)環(huán)境中,NucleusPLUS核心代碼區(qū)一般不超過(guò)20K字節(jié)大小。NucleusPLUS采用了軟件組件的方法,由于采用了軟件組件的方法,NucleusPLUS各個(gè)組件非常易于替換和復(fù)用。
pSOSystem(簡(jiǎn)稱pSOS)是集成系統(tǒng)有限公司(IntegratedSystems)研發(fā)的產(chǎn)品,它是一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)組件組成的、可擴(kuò)展可裁減的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng),包含單處理器支持模塊(pSOS+),多處理器支持模塊(pSOS+m),文件管理器模塊(pHILE),TCP/IP通訊包(pNA),圖形界面,JAVA,HTTP等。pSOSystem功能模塊完全獨(dú)立,開(kāi)發(fā)者可根據(jù)應(yīng)用要求擴(kuò)展系統(tǒng)功能和存儲(chǔ)容量。pSOS在中國(guó)市場(chǎng)占有率較高,主要應(yīng)用領(lǐng)域包括通訊、航天、信息家電以及工業(yè)控制。pSOSystem的主要缺點(diǎn)在于其上下文切換時(shí)間長(zhǎng),實(shí)時(shí)性不強(qiáng),采用的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境SniffPlus與產(chǎn)品兼容性不好,部分關(guān)鍵功能無(wú)法使用。
Symbian公司是由諾基亞與松下、愛(ài)立信、Psion等公司聯(lián)合注資的,它的成立就是要防堵微軟的移動(dòng)終端市場(chǎng)的進(jìn)入和稱霸企圖,為未來(lái)智能無(wú)線移動(dòng)終端提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)平臺(tái)。SymbianOS是一個(gè)實(shí)時(shí)性、多任務(wù)、多線程的純32位的操作系統(tǒng)。其前身是PsionSoftware公司的Epoc操作系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是功耗低,內(nèi)存占用少,適合硬件受限的移動(dòng)終端。再加上它的技術(shù)支持上都是一些老牌的具有豐富經(jīng)驗(yàn)的手機(jī)制造商,所以它們與2G、2.5G、3G有平滑接口,而適應(yīng)手機(jī)范圍跨GSM/GPRS/WCDMA和CDMA2000兩大系列。對(duì)原有的通信協(xié)議,外設(shè)支持全部繼承,因此受到了占世界產(chǎn)量75%以上的終端制造商的歡迎。
最早微軟推出了用于手機(jī)的WindowsCE1.0和WindowsCE2.0,后來(lái)又于2000年推出了WindowsCE3.0,曾以PocketPC和Smartphone命名該針對(duì)移動(dòng)終端的操作系統(tǒng),目前用于移動(dòng)通信終端的WindowsCE3.0統(tǒng)稱為WindowsMobile。WindowsCE3.0專(zhuān)門(mén)用于為包括移動(dòng)與低能耗設(shè)備在內(nèi)的大量產(chǎn)品建立動(dòng)態(tài)應(yīng)用程序及服務(wù)。此外,WindowsCE3.0的擴(kuò)展平臺(tái)特性集實(shí)現(xiàn)了模塊化,因此,開(kāi)發(fā)人員可以僅從200多個(gè)成熟的前沿操作系統(tǒng)組件中選擇自己所需的組件。WindowsCE3.0可以工作在12種不同的處理器體系結(jié)構(gòu)、180余種CPU上,可以用于許多種不同的設(shè)備,包括工業(yè)自動(dòng)化、手持便攜式PC、高速數(shù)據(jù)獲取設(shè)備以及一些用戶應(yīng)用程序如游戲控制臺(tái)和機(jī)頂盒。目前主要被一些新興或有IT基礎(chǔ)的廠商所采用,并與PC應(yīng)用聯(lián)系緊密。
PalmOS是一種32位的嵌入式操作系統(tǒng)。此系統(tǒng)是3Com公司的PalmComputing部開(kāi)發(fā)的。PalmOS最初是定位于掌上電腦的操作系統(tǒng),但是隨著手機(jī)和掌上電腦的不斷融合,PalmOS已經(jīng)在通信方面作出了努力。Handspring已經(jīng)推出了支持GSM和CDMA等不同制式移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的掌上電腦,使用的就是PalmOS操作系統(tǒng)。
嵌入式設(shè)備非常適合像Linux這樣的操作系統(tǒng),因?yàn)長(zhǎng)inux本身是開(kāi)放源代碼的,而從源代碼級(jí)來(lái)對(duì)個(gè)性化的產(chǎn)品進(jìn)行定制是最根本和最深入的。開(kāi)發(fā)人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了諸如互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、工業(yè)控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)獲取設(shè)備的相關(guān)產(chǎn)品。隨著嵌入式Linux技術(shù)的不斷成熟,它已能夠滿足更加靈活的體積要求,并支持越來(lái)越多的不同體系結(jié)構(gòu)的處理器產(chǎn)品,開(kāi)始逐步進(jìn)入主流的嵌入式市場(chǎng)。然而,嵌入式Linux在發(fā)展過(guò)程中也遇到了一些制約瓶頸。首先,嵌入式Linux系統(tǒng)在這個(gè)領(lǐng)域的產(chǎn)品發(fā)展比較晚,開(kāi)發(fā)的時(shí)間比較短,在某些方面還有待成熟;其次,嵌入式設(shè)備個(gè)性化比較強(qiáng),導(dǎo)致從事嵌入式Linux開(kāi)發(fā)的廠商所開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品現(xiàn)在互不兼容。在眾多Linux開(kāi)發(fā)人員的共同努力下,它正在不斷地完善以滿足新一代消費(fèi)產(chǎn)品的需求,在2003年,摩托羅拉推出了全球第一款采用Linux操作系統(tǒng)的手機(jī)——A760。
操作系統(tǒng)的優(yōu)劣決定了手機(jī)的品位和性能,操作系統(tǒng)設(shè)計(jì)得越好,不僅用戶使用方便,而且可以為用戶提供眾多的新功能和應(yīng)用。從技術(shù)發(fā)展角度看,操作系統(tǒng)將為終端加快更新?lián)Q代提供必要和充分的條件。
應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)
應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)的引入使終端更加開(kāi)放,允許終端從移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商的移動(dòng)門(mén)戶上或互聯(lián)網(wǎng)上下載各種應(yīng)用程序,并在手機(jī)創(chuàng)造可執(zhí)行環(huán)境,然后以在線或離線的方式運(yùn)行這些程序,從而得到所需的服務(wù)。由于定義了可執(zhí)行程序下載的標(biāo)準(zhǔn),并在手機(jī)上創(chuàng)立了可執(zhí)行環(huán)境,由此,在移動(dòng)通信業(yè)第一次為軟件開(kāi)發(fā)商創(chuàng)造了巨大的商業(yè)機(jī)會(huì),手機(jī)用戶在得到豐富應(yīng)用體驗(yàn)的同時(shí),也大大提高了運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)流量。Java是目前最主流的應(yīng)用平臺(tái),BREW在CDMA終端中應(yīng)用廣泛,也隨著WindowsMobile的推廣日益興盛。
Java由于它簡(jiǎn)便易行、跨平臺(tái)、開(kāi)放等特點(diǎn)受到了廣泛的歡迎。它可以做到與平臺(tái)無(wú)關(guān)“一次編寫(xiě),到處運(yùn)行”。J2ME(Java2MicroEdition)作為Java2平臺(tái)的一部分,與J2SE、J2EE一道,為無(wú)線應(yīng)用的客戶端和服務(wù)器端建立了完整的開(kāi)發(fā)和部署環(huán)境。由于專(zhuān)門(mén)針對(duì)多樣化的嵌入設(shè)備和消費(fèi)電子設(shè)備,J2ME的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的編程序語(yǔ)言和規(guī)范有一些不同,它是由配置(Configuration)、簡(jiǎn)表(Profile)和可選包(OptionalPackage)三要素構(gòu)成。J2ME技術(shù)由一個(gè)虛擬機(jī)和一組API組成,這組API適合于為消費(fèi)和嵌入式電子設(shè)備提供經(jīng)過(guò)剪裁的運(yùn)行環(huán)境。Java的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是它能同時(shí)為多種連網(wǎng)的便攜機(jī)、臺(tái)式機(jī)或其它工作站和服務(wù)器提供服務(wù),無(wú)論運(yùn)行在這些客戶機(jī)上的軟件是Javaapplets、獨(dú)立的Java程序、HTML瀏覽器還是本地的應(yīng)用程序,它都可以同時(shí)支持。利用J2ME,這些企業(yè)系統(tǒng)也可以直接與各種電子設(shè)備進(jìn)行通信。
J2ME體系的一般結(jié)構(gòu)是:由Configuration定義的Java虛擬機(jī)運(yùn)行于設(shè)備的宿主操作系統(tǒng)之上,構(gòu)成整個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)。Configuration提供了基本的語(yǔ)言特性,Profile提供針對(duì)設(shè)備的特殊功能API和擴(kuò)展類(lèi)庫(kù)。應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境需要一個(gè)Configuration和至少一個(gè)Profile,多個(gè)Profile可以共存,也可以疊加。
圖2J2ME的體系結(jié)構(gòu)
BREW是高通2001年1月推出的無(wú)線移動(dòng)終端應(yīng)用軟件的運(yùn)行平臺(tái),它擴(kuò)展了Rex操作系統(tǒng)的功能,而又扮演開(kāi)發(fā)平臺(tái)的角色。BREW平臺(tái)為無(wú)線設(shè)備提供開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)的應(yīng)用程序執(zhí)行環(huán)境,是無(wú)線應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)、設(shè)備配置、應(yīng)用程序以及計(jì)費(fèi)和支付的完整端到端解決方案的一部分。完整的BREW解決方案包括面向開(kāi)發(fā)者的BREWSDK(軟件開(kāi)發(fā)包)、面向設(shè)備制造商的BREW應(yīng)用程序平臺(tái)和移植工具以及由運(yùn)營(yíng)商控制和管理的BREW分發(fā)系統(tǒng)(BDS)。利用該系統(tǒng),開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)的應(yīng)用程序可以輕松投入市場(chǎng)并協(xié)調(diào)計(jì)費(fèi)和支付過(guò)程。
是MicrosoftXMLWebservices平臺(tái)。XMLWebservices允許應(yīng)用程序通過(guò)Internet進(jìn)行通訊和共享數(shù)據(jù),而不管所采用的是哪種操作系統(tǒng)、設(shè)備或編程語(yǔ)言。平臺(tái)提供創(chuàng)建XMLWebservices并將這些服務(wù)集成在一起之所需。對(duì)個(gè)人用戶的好處是無(wú)縫的、吸引人的體驗(yàn)。
本講小結(jié)
主要有以下幾種類(lèi)型:①無(wú)線組網(wǎng)抄讀系統(tǒng):此系統(tǒng)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)控制水表的流量,數(shù)據(jù)的采集與傳輸用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備來(lái)讀取;②有線采集,遠(yuǎn)距離無(wú)線發(fā)送的自動(dòng)抄表系統(tǒng):運(yùn)用可以遠(yuǎn)距離發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集器來(lái)讀取數(shù)據(jù),再用可遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)的設(shè)備將水表中的數(shù)據(jù)上傳即可;③車(chē)載巡抄系統(tǒng):在水表安裝無(wú)線遠(yuǎn)傳設(shè)備來(lái)上傳水表數(shù)據(jù),利用車(chē)載的無(wú)線數(shù)據(jù)巡抄設(shè)備來(lái)完成數(shù)據(jù)的讀取;④智能卡水表抄表方式:以預(yù)付費(fèi)的形式來(lái)管理居民的用水;⑤總線智能抄表:總線智能抄表技術(shù)在國(guó)外非常流行,許多國(guó)外的公司較早采用的一種主流抄表技術(shù)。此方式是基于在原有水表上裝配一個(gè)采集模塊,實(shí)現(xiàn)單獨(dú)抄表或組網(wǎng)抄表兩種模式,既便捷又高效;⑥無(wú)線收發(fā)式水表系統(tǒng):通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)及水表計(jì)量技術(shù)相結(jié)合,將計(jì)量、數(shù)據(jù)采集及處理于一體。此系統(tǒng)只在相應(yīng)的設(shè)備上安裝信息采集、處理及存儲(chǔ)模塊,通過(guò)設(shè)置無(wú)線收發(fā)控制裝置,在不聯(lián)網(wǎng)的情況下,就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無(wú)線收發(fā)功能。此種水表使用的數(shù)據(jù)傳輸芯片不用進(jìn)行頻段的申請(qǐng),也不用設(shè)專(zhuān)門(mén)的線路,且設(shè)備的維護(hù)和安裝非常方便。因此采用無(wú)線收發(fā)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)某矸绞绞俏磥?lái)抄表技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),且該種方式正在發(fā)展中。
2水自動(dòng)抄表國(guó)內(nèi)的發(fā)展歷史與水平
國(guó)內(nèi)水自動(dòng)抄表的現(xiàn)狀:隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)生活水平的迅速提高,人工抄表收費(fèi)與現(xiàn)在的居民生活水平存在著越來(lái)越多的隱患及問(wèn)題,其中最突出的一個(gè)問(wèn)題就是抄表時(shí)進(jìn)戶難、收費(fèi)更難,具體情況如下:①入戶難:由于居民安全意識(shí)的不斷加強(qiáng),抄表員很難敲開(kāi)用戶的門(mén),因此水費(fèi)往往無(wú)法百分之百的回收,供水公司長(zhǎng)期蒙受經(jīng)濟(jì)損失;②管理費(fèi)用過(guò)高:如5萬(wàn)用戶,需要的抄表工人及管理人員在20到30人,年費(fèi)用需60萬(wàn)元左右。由此可見(jiàn)光抄表用去的費(fèi)用就較大,大大影響了經(jīng)濟(jì)效益;③抄表勞動(dòng)強(qiáng)度大:傳統(tǒng)人工抄表方式工作量多,勞動(dòng)強(qiáng)度大,效率差,已不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)的管理要求;④費(fèi)用收繳損耗大:用戶偷水現(xiàn)象嚴(yán)重,致使大量水損無(wú)法收繳。我國(guó)水表自動(dòng)抄收系統(tǒng)主要有以下幾種類(lèi)型:①智能卡水表。隨著智能卡技術(shù)的普及,水表設(shè)備的更新?lián)Q代也比較快,在現(xiàn)在的水表系統(tǒng)中智能卡水表技術(shù)是當(dāng)前較先進(jìn)的一種。該系統(tǒng)具有限量用水、無(wú)需與用戶產(chǎn)生收費(fèi)糾紛、無(wú)需敷設(shè)專(zhuān)線、安裝方便、易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。雖然該表已經(jīng)形成了一定的規(guī)模,但由于要先付款后喝水、水損無(wú)法平攤、實(shí)施過(guò)程監(jiān)控難度較大等,智能卡水表在國(guó)外的一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)悄悄淡出了競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng)。②Internet抄表。網(wǎng)絡(luò)化、智能化是現(xiàn)代住宅的主流趨勢(shì)。像居民住宅里裝配的IP電話、有線電視、寬帶網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程旅游預(yù)約以及各種儀表的監(jiān)控,都得益于發(fā)達(dá)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。居民區(qū)的物業(yè)公司通過(guò)網(wǎng)絡(luò)能夠隨時(shí)掌握本小區(qū)的生活和消費(fèi)情況。而自動(dòng)抄表僅僅算是Internet抄表中的一種功能。隨著網(wǎng)絡(luò)抄表功能的日趨完善,自動(dòng)抄表的成本會(huì)越來(lái)越低。隨著技術(shù)的發(fā)展,電腦安全已經(jīng)成為令人矚目的問(wèn)題,同樣,該抄表方式的安全更是個(gè)隱患。③藍(lán)牙抄表系統(tǒng):藍(lán)牙技術(shù),是一種短程無(wú)線技術(shù),它采用的頻譜是2.4GHz-ISM,這種技術(shù)的發(fā)展背景是用來(lái)打破紅外線傳輸帶現(xiàn)時(shí)性和用電纜連接不同產(chǎn)品時(shí)受到的限制,從二十一世紀(jì)以來(lái),己經(jīng)應(yīng)用到了移動(dòng)電話與個(gè)人電腦或其它設(shè)備、儀器之間的通信,并能實(shí)現(xiàn)在幾十米的距離內(nèi)不借助其他傳輸設(shè)備及接口直接進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸?;谒{(lán)牙技術(shù)的抄表系統(tǒng)可能會(huì)比智能卡抄表系統(tǒng)的功能更強(qiáng)、耗能更少、監(jiān)控力度更強(qiáng)。但是藍(lán)牙技術(shù)現(xiàn)在還只能實(shí)現(xiàn)幾十米的短程數(shù)據(jù)傳輸,且安全技術(shù)還有待繼續(xù)研討,所以在能否運(yùn)用到水表的改造中,價(jià)格以及安全仍是個(gè)大問(wèn)題。④無(wú)線發(fā)射式水表系統(tǒng)。無(wú)線發(fā)射式水表系統(tǒng),在原有機(jī)械式水表中安裝必需的數(shù)據(jù)處理、采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等模塊,再安裝設(shè)置無(wú)線發(fā)射設(shè)備,通過(guò)無(wú)線通信設(shè)備用遠(yuǎn)程接收裝置接收和發(fā)送信號(hào),無(wú)需敷設(shè)任何線路即可完成用戶水表的抄表工作。在國(guó)家相關(guān)政策的推動(dòng)下,民用無(wú)線自動(dòng)水表抄表系統(tǒng)的使用已成定局。相信在不久的將來(lái)無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)將會(huì)得到不斷的完善和成熟,并成為水費(fèi)收繳模式中的中流砥柱。
3本無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)的構(gòu)成
本無(wú)線自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要由上位機(jī)(筆記本電腦)、抄表終端、用戶表終端幾部分組成。其中,上位機(jī)的主要功能是通過(guò)串口接收來(lái)自抄表終端的數(shù)據(jù),將數(shù)據(jù)一目了然的顯示出來(lái),并且方便地查看用戶的用水量及費(fèi)用。抄表終端的主要功能是向用戶表發(fā)送傳輸要求,并接收來(lái)自用戶表的用水量,通過(guò)串口傳送給上位機(jī),其無(wú)線傳輸距離不小于100M,傳送數(shù)據(jù)正確率達(dá)到100%。用戶表終端主要功能是完成用戶水流量的統(tǒng)計(jì),誤差小于0.5%;在接到抄表終端發(fā)送傳輸要求后,實(shí)時(shí)發(fā)送水量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,傳輸距離不小于100M,傳送數(shù)據(jù)正確率達(dá)到100%。本無(wú)線自動(dòng)水表抄表系統(tǒng)將大大提高供水管理部門(mén)的工作效率。
關(guān)鍵詞:短程無(wú)線通信工程MAX1472MAX1473接口通信距離
引言
在短程無(wú)線通信工程系統(tǒng)中,常見(jiàn)的有基于802.11的無(wú)線局域網(wǎng)WLAN、藍(lán)牙(blueTooth)、HomeRF及歐洲的HiperLAN(高性能無(wú)線局域網(wǎng))。但其硬件設(shè)計(jì)、接口方式、通信協(xié)議及軟件堆棧復(fù)雜,需專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng),開(kāi)發(fā)成本高、周期長(zhǎng),最終產(chǎn)品成本也高。因此,這些技術(shù)在嵌入式系統(tǒng)中并未得到廣泛應(yīng)用相反,普通RF產(chǎn)品就不存在這些問(wèn)題,加之短距離無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)成熟,功能簡(jiǎn)單、攜帶方便,使得其在嵌入式短程無(wú)線產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用,如醫(yī)療、工業(yè)、智能建筑、消費(fèi)電子等領(lǐng)域。這些產(chǎn)品一般均工作在無(wú)執(zhí)照(Unlicensed)無(wú)線接入頻段,如出一轍15/433/868/915MHz頻段。本文討論的嵌入式短程無(wú)線通信系統(tǒng),一般包括無(wú)線射頻RF前端、微控制器(MCU)、I/O接口電路及其它設(shè)備等。
1元器件選擇
(1)微控制器的選擇
嵌入式系統(tǒng)選擇處理器時(shí)主要需要考慮以下幾個(gè)方面:處理器性能,所支持的開(kāi)發(fā)工具,所支持的操作系統(tǒng),過(guò)去的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn),處理器成本、功耗、代碼兼容性及算法復(fù)雜性等。
(2)射頻芯片的選擇
通常,射頻芯片的功能框圖如圖形卡所示。隨著無(wú)線技術(shù)的發(fā)展,無(wú)線收發(fā)芯片的集成度、性能都大幅度提供,芯片性能也各有特色。因而,無(wú)線收發(fā)芯片的選擇在設(shè)計(jì)中是至關(guān)重要的。正確的選擇可以減小開(kāi)發(fā)難度、縮短開(kāi)發(fā)周期、降低成本、更快地將產(chǎn)品推向市場(chǎng)。目前,生產(chǎn)此類(lèi)芯片的廠家主要有Nordic、XEMICS、Chipcon、TI、Maxim等。選擇無(wú)線收發(fā)芯片時(shí),應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素:功耗、發(fā)射功率、接收靈敏度、傳輸速度、從待機(jī)模式到工作模式的喚醒時(shí)間、收發(fā)芯片所需的元件數(shù)量、芯片成本等;同時(shí)還須注意當(dāng)?shù)氐臒o(wú)線電管理規(guī)定。
(3)分立元件的選擇
所有的RF芯片制造商都在努力提高芯片的集成度但仍然有一些元件很難或者根本無(wú)法集成到芯片中去。常將這些分立元件安放在芯片外部,如晶振、PLL環(huán)路濾波器、VCO的電感等。在射頻電路中,電磁波的波長(zhǎng)已可以與分立元件的尺寸相比擬,普通應(yīng)用于DC和低頻集總參數(shù)系統(tǒng)的基爾霍夫類(lèi)型的電流、電壓定律已不再適用,須考慮這些分立元件的高頻特性及其分布參數(shù)。因此,在詳細(xì)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)多參考所選用芯片資料及相關(guān)元件的數(shù)據(jù)手冊(cè)。
2系統(tǒng)原理圖設(shè)計(jì)
嵌入式短程無(wú)線通信系統(tǒng)硬件的關(guān)鍵在于其射頻電路。這里采用Maxim公司的MAX1472和MAX1473芯片進(jìn)行射頻電路設(shè)計(jì)。圖2是發(fā)射器射頻電路,圖3是接收器射頻電路。
MAX1472是一微型3mm×3mm的引腳SOT-23封裝的VHF/UHF基于鎖相環(huán)ASK發(fā)射機(jī)。當(dāng)工作電壓降至2.1V的脫離節(jié)鋰電池工作,待機(jī)模式時(shí)僅耗電100nA。在發(fā)射過(guò)程中,MAX1472發(fā)射功率為-10dBm~+10dBm。工作電壓3.3V;發(fā)射功率+10dbm時(shí),工作電流僅9.1mA。最高數(shù)據(jù)速率達(dá)100kbps。
MAX1473是一個(gè)300~450MHz,采用28引腳,SSOP封裝的超外差A(yù)SK接收機(jī);具有-114dBm的高靈敏度,高于50dB的用戶可選擇中心頻率鏡像抑制并可選擇3.3V或5V電源工作電壓。在關(guān)斷模式下電流低于1.5mA,接收時(shí)電流為5.2mA;數(shù)據(jù)速率達(dá)100kbps;從關(guān)斷模式到有效數(shù)據(jù)輸出的過(guò)渡時(shí)間小于250μs。
MAX1473包含一個(gè)一級(jí)自動(dòng)增益控制(AGC)電路,在射頻輸入信號(hào)功率大于-57dBm時(shí),可降低低哭聲放大器(LNA)35dB的增益。接收機(jī)使用帶有接收信號(hào)強(qiáng)度指示(RSSI)的10.7MHz中頻濾波器,內(nèi)置片上集成的鎖相環(huán)與VCO、基帶數(shù)據(jù)恢復(fù)電路。
在原理圖設(shè)計(jì)時(shí),為提高系統(tǒng)的靈敏度,要特別注意天線、低哭聲放大器(LNA)和晶振的適配,如圖3中標(biāo)有1、2、3的三處。
3PCB板設(shè)計(jì)
高頻信號(hào)很容易由于幅射而產(chǎn)生干擾,導(dǎo)致振鈴(ringing)、反射(reflection)串?dāng)_(crosstalk)等;而RF電路對(duì)此又特別敏感,因此在PCB板設(shè)計(jì)時(shí),必須加以重視。為此電源設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)在條件許可下采用多層板,提供專(zhuān)用的電源層和地線層。如采用電源總線方式,應(yīng)盡可能地加粗電源線和地線;盡量減少板上的通孔(包括插件元件的引腳、過(guò)孔等);多增加一些地線;分開(kāi)模擬電源與數(shù)字電源;隔離敏感元件;在信號(hào)線邊上可放置電源線,以最小化信號(hào)環(huán)路面積,減少環(huán)路數(shù)量。傳輸互布線應(yīng)盡量滿足以下規(guī)則:避免傳輸線阻抗不連續(xù)(阻抗不連續(xù)點(diǎn)是傳輸先突變點(diǎn),如直拐角、過(guò)孔等,它將產(chǎn)生信號(hào)的反射。為此,布線時(shí)應(yīng)避免走線的直拐角,可采用45°角或弧線走線,盡可能地少用孔);不要用樁線。其次,要減少串?dāng)_。串?dāng)_是信號(hào)間產(chǎn)生的耦合,分容性串?dāng)_和感性串?dāng)_兩種,通常感性串?dāng)_遠(yuǎn)大于容性串?dāng)_。串?dāng)_可通過(guò)一些簡(jiǎn)單的辦法抑制:①由于容性串?dāng)_和感性串?dāng)_的大小隨負(fù)載阻抗的增大而增大,所以應(yīng)對(duì)串?dāng)_引起的干擾敏感信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)亩私印"谠龃笮盘?hào)線間的距離,以減小容性串?dāng)_。③為減小容性串?dāng)_,可在相鄰信號(hào)線間插入1根地線;但須注意,此地線每1/4波長(zhǎng)要接入線層。④對(duì)感性串?dāng)_,應(yīng)盡量減小環(huán)路面積,如允許,應(yīng)消除次環(huán)路。⑤避免信號(hào)共用回路。最后,隨著電路速度的提高,電磁干擾(EMI)越發(fā)嚴(yán)重,還須減小EMI。減小EMI的途徑通常有:屏蔽、濾波、消除電流環(huán)路和盡量降低器件速度。濾波通常有三種選擇:去耦電容、EMI濾波器、磁性元件。最常見(jiàn)的是去耦電容,去耦電容用于電源線路濾波。通常在電源接入電路板處放置一個(gè)1μF~10μF的去耦電容,以濾除低頻噪聲;在板上每個(gè)源器件的電源引腳處放置0.01μF~0.1μF的去耦電容,以濾除高頻噪聲。對(duì)去耦電容,要注意其放置位置。
4RF芯片與MCU接口
通過(guò)RF芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。接收端MCU采集RF芯片輸出信號(hào)通常有三種辦法:重復(fù)采樣(oversampling)、脈沖邊沿檢測(cè)(edgedetection)、使用MCU的通用串行通信口(UART)。
重復(fù)采樣時(shí),用一個(gè)三倍于比特率的速率對(duì)RF芯片輸出信號(hào)復(fù)復(fù)采樣,采用采樣加權(quán)表。對(duì)噪音有抑制作用的,適合適應(yīng)于距離要求較長(zhǎng)、可靠性要求較高的場(chǎng)合;但時(shí)序要求嚴(yán)格,軟件實(shí)現(xiàn)時(shí)較為復(fù)雜。RF芯片與MCU接口可采用MCU的輸入輸出口。
脈沖邊沿檢測(cè)使用數(shù)字信號(hào)脈沖實(shí)現(xiàn)同步,用RF芯片輸出信號(hào)作為MCU的中斷請(qǐng)求信號(hào)。中斷程序計(jì)算每一比特的采樣時(shí)間,可處理各種速率的數(shù)據(jù)流;但每比特僅采樣一次,對(duì)噪音較敏感,實(shí)現(xiàn)算法比重復(fù)采樣方式更復(fù)雜。RF芯片與MCU接口可采用MCU的中斷系統(tǒng)及輸入輸出口。
為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì),可使用MCU的通用串行通信接口(UART)。UART對(duì)噪聲較敏感,但可在軟件設(shè)計(jì)中加以解決,因此通常采用這種接口形式。
5系統(tǒng)傳輸距離
(1)無(wú)線通信距離計(jì)算
這里給出自由空間傳播時(shí)的無(wú)線通信距離的計(jì)算方法。所謂自由空間傳播系指天線周?chē)鸀闊o(wú)限大真空時(shí)的電波傳播,是理想傳播條件。電波在自由空間傳播時(shí),其能量既不會(huì)被障礙物所吸收,也不會(huì)產(chǎn)生反射或散射。通信距離與發(fā)射功率、接收靈敏度和工作頻率有關(guān)。
自由空間下電波傳播的損耗:
Los=32.44+20lgd+20lgf
Los—傳播損耗,單位dB;d—距離,單位km;f—工作頻率,單位MHz。
如一個(gè)工作頻率為433。92MHz,發(fā)射功率為+10dBm(10mW),接收靈敏度為-105dBm的系統(tǒng)在自由空間的傳播距離:①由發(fā)射功率+10dBm,接收靈敏度為-105dBm,得Los=115dB。②由Los、f計(jì)算得出d=31km。
這是理想狀況下的傳輸距離,實(shí)際應(yīng)用中會(huì)低于該值。這是因?yàn)闊o(wú)線通信要受到各種外界因素的影響,如大氣、阻擋物、多徑等造成的損耗。將上述損耗的參考值計(jì)入上式中,即可計(jì)算出近似通信距離。假定大氣、遮擋等造成的損耗為25dB,可以計(jì)算得出通信距離為:d=1.7km。
圖3
(2)增加無(wú)線通信距離
在工作頻率固定的情況下,影響通信距離的主要因素有:發(fā)射功率、接收/發(fā)射天線增益、傳播損耗、接收機(jī)靈敏度等。對(duì)設(shè)計(jì)者而言,有的因素是無(wú)法選擇、改變的,如傳播損耗、多徑損耗、路徑損耗、周?chē)h(huán)境吸收等;而有的因素是設(shè)計(jì)者可以控制的,如發(fā)射功率、接收/發(fā)射天線增益、接收機(jī)靈敏度等。通過(guò)調(diào)整這些因素,可增加無(wú)線通信系統(tǒng)的傳輸距離。為增加傳輸距離,設(shè)計(jì)者常會(huì)想到增加發(fā)射功率。但增加發(fā)射功率會(huì)帶來(lái)一些不利因素。如:由于功率放大器的轉(zhuǎn)換效率低,增加發(fā)射功率會(huì)大大增加系統(tǒng)的功耗,這對(duì)嵌入式系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是很不利的;加大發(fā)射功率會(huì)產(chǎn)生較大的諧波干擾和噪聲,并對(duì)通信信道產(chǎn)生其它影響,有時(shí)反而會(huì)影響通信距離。因此,在嵌入式系統(tǒng)中并不提倡采用增加發(fā)射功率的辦法來(lái)增加傳輸距離。增加傳輸距離的比較好的辦法是,增加接收/發(fā)射天線增益一般是選用高增益天線。采用高增益天線具有集成天線、體積小、成本低,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,無(wú)需增加額外功耗和元器件等優(yōu)點(diǎn)。