時間：2023-03-17 18:02:10
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關(guān)鍵詞：AT89C51串行口無線數(shù)字電臺串行通信
一般的數(shù)字采集系統(tǒng)，是通過傳感器將捕捉的現(xiàn)場信號轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC采樣、量化、編碼后，為成數(shù)字信號，存入數(shù)據(jù)存儲器，或送給微處理器，或通過無線方式將數(shù)據(jù)發(fā)送給接收端進(jìn)行處理。無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)就是樣一套利用無線手段，將采集的數(shù)據(jù)由測量站發(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)由測量站和主控站兩部分組成。測量站主要完成對現(xiàn)場信號的采集、存儲，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。它有一個可編程的全雙工串行通信接口，能同時進(jìn)行串行發(fā)送和執(zhí)著收。通過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)字電臺選用Motorola公司的GM系列車載電臺，工作于VHF/UHF頻段，可進(jìn)行無線數(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，符合國際電報電話咨詢委員會CCITT.23標(biāo)準(zhǔn)。在話帶內(nèi)進(jìn)行數(shù)字傳輸時，推薦在不高于1200b/s數(shù)據(jù)率時使用。實(shí)際使用時，電臺工作于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)寫入SBUF，啟動發(fā)送過程。串行口能自動把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，置SCON中的REN為1，允許接收。當(dāng)檢測到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳變（起始位）時，開始接收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，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，這次接收無效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定時器T1的溢出率與SMOD值同時決定：
方式3波特率=T1溢出率/n
當(dāng)SMOD=0時，n=32；SMOD=1時，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。
定時器T1用作波特率發(fā)生器，工作于模式2（自動重裝初值）。設(shè)TH1和TL1定時計(jì)數(shù)初值為X，則每過“28-X”個機(jī)器周期，T1就會發(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)字電臺的硬件連接
AT89C51與數(shù)字電臺的硬件連接如圖3所示。
系統(tǒng)采用異步串行通信方式傳輸測量數(shù)據(jù)。利用單片機(jī)串口與數(shù)字電臺RS232數(shù)據(jù)口相連。電臺常態(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)與電臺之間的電源隔離，增強(qiáng)系統(tǒng)抗干擾性能。
單片機(jī)通過帶控制端的三態(tài)緩沖門74HC125、非門74HC14控制電臺的收發(fā)轉(zhuǎn)換，以及指令的接收和數(shù)據(jù)發(fā)送。接收時，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為低電平，將其置為接收狀態(tài)；同時c1=0，74HC125A導(dǎo)通，接收的指令由電臺的RXD端輸入，經(jīng)MAX232電平變換、光電隔離、74HC125A緩沖門，送入單片機(jī)RXD腳。發(fā)射時，P3.5=0，經(jīng)74HC14反相、光電隔離，使電臺PPT腳為高電平，將其置為發(fā)射狀態(tài)；同時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、光電隔離、MAX232電平變換，通過電臺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)問題，整個系統(tǒng)就會癱瘓。采取差錯控制與容錯技術(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。測量站在連續(xù)收到5個同步符后進(jìn)行密碼驗(yàn)證，驗(yàn)證通過后正式接收指令字節(jié)；如未通過，則測量站發(fā)一信號讓主控站重發(fā)，三次驗(yàn)證不過則停發(fā)該命令。測量站發(fā)/主控站收時，驗(yàn)證方式與此相同。驗(yàn)證通過后，測量站開始發(fā)送數(shù)據(jù)。
*一個指令由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)三次錯誤時停發(fā)。
*主控站每發(fā)一個指令，測量站都回送一個應(yīng)答信號。該應(yīng)答信號中包含原指令樣本。
下面給出單片機(jī)串行口與電臺的基本通信程序。
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；收到的同步符個數(shù)加1
MOVA，NUM；取收到的同步符個數(shù)
CJNEA，#5，A2；未收夠連續(xù)5個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
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4μs
CLRTI
RET
[論文摘要]3G的時代已經(jīng)來臨,其主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)WCDMA和CDMA2000誰優(yōu)誰劣自然引起了我們的關(guān)注。本文從各個方面對兩個技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)做了全面的對比研究。
一、引言
上世紀(jì)70年代末,誕生了被稱為第一代蜂窩移動通信系統(tǒng)的雙工FDMA模擬調(diào)頻系統(tǒng),但由于模擬系統(tǒng)固有的先天缺陷,在90年代初被以TDMA為基礎(chǔ)的第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)所取代,相對FDMA系統(tǒng)有諸多優(yōu)點(diǎn),如頻譜利用率高,系統(tǒng)容量大、保密性好等。與此同時產(chǎn)生了以CDMA為基礎(chǔ)的數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng),相比TDMA系統(tǒng)具有低發(fā)射功率、信道容量大、軟容量、軟切換、采用多種分集技術(shù)等優(yōu)點(diǎn)。
隨著網(wǎng)絡(luò)的廣泛普及,圖像、話音和數(shù)據(jù)相結(jié)合的多媒體和高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)量大大增加,人們對通信業(yè)務(wù)多樣化的要求也與日俱增,而一代二代系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足用戶的這些需求,所以誕生了第三代移動通信技術(shù),它能夠處理圖像、音樂、視頻流等多種媒體形式,提供包括網(wǎng)頁瀏覽、電話會議、電子商務(wù)等多種信息服務(wù)。國際上承認(rèn)的3G標(biāo)準(zhǔn)有三個:CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA,這里主要從各個方面做WCDMA和CDMA2000的對比研究。
二、WCDMA和CDMA2000的綜合比較
由于WCDMA和CDMA2000這兩種技術(shù)都是將CDMA技術(shù)用于蜂窩系統(tǒng),許多的思想都是源于CDMA系統(tǒng),因此WCDMA和CDMA2000有許多相試之處:從雙工方式上看,WCDMA和CDMA2000屬于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都滿足IMT-2000提出的技術(shù)要求,支持高速多媒體業(yè)務(wù)、分組數(shù)據(jù)和IP接入等。但它們在技術(shù)實(shí)現(xiàn)、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等方面都存在較大差異。
WCDMA和CDMA2000各有優(yōu)勢和缺點(diǎn)。WCDMA技術(shù)較成熟,能同廣泛使用的GSM系統(tǒng)兼容;相比第二代通信系統(tǒng)能提供更加靈活的服務(wù);而且WCDMA能靈活處理不同速率的業(yè)務(wù)。其缺點(diǎn)是只能共用現(xiàn)有GSM系統(tǒng)的核心網(wǎng)部分,無線側(cè)設(shè)備可以共用的很少。
CDMA2000的優(yōu)勢是可以和窄帶CDMA的基站設(shè)備很好地兼容,能夠從窄帶CDMA系統(tǒng)平滑升級,只需增加新的信道單元,升級成本較低,核心網(wǎng)和大部分的無線設(shè)備都可用。容量也比IS-95A增加了兩倍,手機(jī)待機(jī)時間也增加了兩倍。缺點(diǎn)是CDMA2000系統(tǒng)無法和GSM系統(tǒng)兼容。
1.WCDMA與CDMA2000的物理層技術(shù)比較
WCDMA和CDMA2000物理層技術(shù)細(xì)節(jié)上有相似也有差異,由于考慮出發(fā)點(diǎn)不同,造成了不同的技術(shù)特點(diǎn)。WCDMA技術(shù)規(guī)范充分考慮了與第二代GSM移動通信系統(tǒng)的互操作性和對GSM核心網(wǎng)的兼容性;CDMA2000的開發(fā)策略是對以IS-95標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本的窄帶CDMA的平滑升級。
(1)這兩個標(biāo)準(zhǔn)的物理層技術(shù)相似點(diǎn)可以歸納為以下幾點(diǎn):
①內(nèi)環(huán)均采用快速功率控制。CDMA系統(tǒng)是干擾受限系統(tǒng),因此為了提高系統(tǒng)容量,應(yīng)盡可能的降低系統(tǒng)的干擾。功率控制技術(shù)可以減少一系列的干擾,這意味著同一小區(qū)內(nèi)可容納更多的用戶數(shù),即小區(qū)的容量增加。因此CDMA系統(tǒng)中引入功率控制技術(shù)是非常必要的。
②系統(tǒng)都支持開環(huán)發(fā)射分集,信道編碼采用卷積碼和Turbo碼。
③系統(tǒng)均采用軟切換技術(shù)。所謂軟切換是指移動臺需要切換時,先與新的基站連通再與原基站切斷聯(lián)系,而不是先切斷與原基站的聯(lián)系再與新的基站連通。軟切換只能在同一頻率的信道間進(jìn)行,因此模擬系統(tǒng)、TDMA系統(tǒng)不具有這種功能。軟切換可以有效地提高切換的可靠性,大大減少切換造成的掉話。
④WCDMA工作頻段:1900~2025MHz頻段分配給FDD上行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給FDD下行鏈路使用,2110~2170MHz頻段分配給TDD雙工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900~2025MHz頻段(上行),2110~2170MHz(下行)。
(2)兩個標(biāo)準(zhǔn)的物理層技術(shù)差異可以歸納為以下幾點(diǎn):
①擴(kuò)頻碼片速率和射頻帶寬。WCDMA根據(jù)ITU關(guān)于5MHz信道基本帶寬的劃分規(guī)則,將基本碼片速率定為3.84Mcps。WCDMA使用帶寬和碼片速率是CDMA2000-1X的3倍以上,能提供更大的多路徑分集、更高的中繼增益和更小的信號開銷。CDMA2000分兩個方案,即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X兩個階段。CDMA2000系統(tǒng)可支持話音、分組數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù),并且可實(shí)現(xiàn)QoS的協(xié)商。室內(nèi)最高數(shù)據(jù)速率達(dá)2Mbit/s,步行環(huán)境384kb/s,車載環(huán)境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在單載波上采用碼片速率1.2288Mcps的直接序列擴(kuò)頻,射頻帶寬為1.25MHz。
②支持不同的核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。WCDMA要求實(shí)現(xiàn)與GSM網(wǎng)絡(luò)的兼容,所以它把GSMMAP協(xié)議作為上層核心網(wǎng)絡(luò)議;CDMA2000要求兼容窄帶CDMA,因此它把ANSI-41作為自己的核心網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。
③WCDMA進(jìn)行功率控制的速度是CDMA2000的2倍,能保證更好的信號質(zhì)量,并支持多用戶。
④為了使支持基于GSM的GPRS業(yè)務(wù)而部署的所有業(yè)務(wù)也支持WCDMA業(yè)務(wù),為了完善新的數(shù)據(jù)話音網(wǎng)絡(luò),CDMA2000-1x需要添加額外的網(wǎng)元或進(jìn)行功能升級。
2.WCDMA與CDMA2000網(wǎng)絡(luò)接口的比較
3G標(biāo)準(zhǔn)的基本目標(biāo)是能在車載、步行和靜止各種不同環(huán)境下為多個用戶分別提供最高為144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的無線接入數(shù)據(jù)速率。為多個用戶提供可變的無線接入數(shù)率是3G標(biāo)準(zhǔn)的核心要求。CDMA2000可分別用于900MHZ和2GHZ兩個頻段CDMA2000的碼片速率與IS-95相同,兩系統(tǒng)可以兼容。WCDMA的碼片速率為3.84Mcps,顯然WCDMA系統(tǒng)中低速率用戶或語音用戶的移動臺成本會大幅上升,在CDMA2000系統(tǒng)中則不會如此。
WCDMA的接口標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、制定嚴(yán)謹(jǐn)、組織嚴(yán)密,而CDMA2000的接口標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)謹(jǐn)性有待加強(qiáng)。IS-95廠家設(shè)備難以互通,給運(yùn)營商設(shè)備選型帶來了較大問題;3G許諾的高速無線數(shù)據(jù)服務(wù)必須可以和話音一樣實(shí)現(xiàn)無縫的漫游,這是至關(guān)重要的。多媒體信息要漫游、視頻通話也要漫游,沒有這些基本要素,3G就不能稱其為3G。漫游涉及到的不僅僅是技術(shù)問題,更重要的是商業(yè)利益。在這方面WCDMA顯然更勝一籌,它支持全球漫游,全球移動用戶均有唯一標(biāo)識,而CDMA2000尚不能很好做到這一點(diǎn)。
3.WCDMA和CDMA2000網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的比較
(1)WCDMA的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)技術(shù)
現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)利用單一時隙可提供9.6kbit/s的數(shù)據(jù)服務(wù)。如果復(fù)用多個時隙就能升級為HSCSD(高速電路交換數(shù)據(jù))方式;此后出現(xiàn)了GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù)),首次在核心網(wǎng)中引入了分組交換的方式,可提供144kbit/s的數(shù)據(jù)速率。接著繼續(xù)升級采用8PSK調(diào)制,這樣傳輸速率可以上升至384kbit/s這就是EDGE;WCDMA的數(shù)據(jù)傳輸速率將高達(dá)2M/s。
(2)CDMA2000網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)技術(shù)
主要的CDMA2000運(yùn)營商將來自現(xiàn)在的窄帶CDMA運(yùn)營商。窄帶CDMA向CDMA2000過渡的方式為IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的數(shù)據(jù)傳輸速率為14.4kbit/s,為了提供更高的速率,1999年部分廠商開始采用IS-95B標(biāo)準(zhǔn),理論上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C進(jìn)一步使容量加倍,最后升級為CDMA2000。
窄帶CDMA系統(tǒng)向CDMA2000系統(tǒng)的演進(jìn)分為空中接口、網(wǎng)絡(luò)接口及核心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)等方面。
①目前窄帶CDMA系統(tǒng)的空中接口是基于IS295A,其支持的數(shù)據(jù)速率為14.4kbit/s,由IS295A升級到IS295B,可支持64kbit/s。
②窄帶CDMA網(wǎng)絡(luò)接口的演進(jìn)主要指窄帶CDMA系統(tǒng)A接口的升級和演進(jìn)。對于窄帶CDMA系統(tǒng),以前其A接口不是規(guī)范接口(即不是開放接口),窄帶CDMA和GSM的A接口的規(guī)范相比較,GSM是先有A接口標(biāo)準(zhǔn),然后廠家依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)開發(fā);窄帶CDMA是廠家各自開發(fā),然后廣泛宣傳,最后憑借自身影響修改標(biāo)準(zhǔn)。
③窄帶CDMA的核心網(wǎng)在美國經(jīng)過多年發(fā)展后,從IS241A到IS241B到IS241C,我國CDMA試驗(yàn)網(wǎng)和紅皮書以IS241C為基礎(chǔ),IS241D規(guī)范在1999年底,目前IS241E規(guī)范還未正式。
三、WCDMA和CDMA2000在我國的前景
對3G標(biāo)準(zhǔn)的選擇不僅要看其技術(shù)原理及成熟程度,還要結(jié)合本國國情、市場運(yùn)作狀況等因素進(jìn)行考慮。按目前的進(jìn)展來看,兩種標(biāo)準(zhǔn)最后不能融合成一種,但可以共存。
在我國,GSMMAP網(wǎng)絡(luò)已形成巨大的規(guī)模,歐洲標(biāo)準(zhǔn)的WCDMA在網(wǎng)絡(luò)上充分考慮到與第二代的GSM的兼容性,在技術(shù)上也考慮了與GSM的雙模切換兼容,向WCDMA體制的第三代系統(tǒng)演進(jìn),從一開始就解決了全網(wǎng)覆蓋的問題。而且CDMA2000采用GPS系統(tǒng),對GPS依賴較大;在小區(qū)站點(diǎn)同步方面,CDMA2000基站通過GPS實(shí)現(xiàn)同步,將造成室內(nèi)和城市小區(qū)部署的困難,而WCDMA設(shè)計(jì)可以使用異步基站,運(yùn)營者獨(dú)立性強(qiáng);對于電信設(shè)備制造行業(yè),我國在GSM蜂窩移動通信方面發(fā)展成熟,而窄帶CDMA系統(tǒng)尚未形成規(guī)模和產(chǎn)業(yè)。
WCDMA采用全新的CDMA多址技術(shù),并且使用新的頻段及話音編碼技術(shù)等。因此GSM網(wǎng)絡(luò)雖然可采用一些臨時的替代方案提供中等速率的數(shù)據(jù)服務(wù),卻不能提供一種相對平滑的路徑以過渡到WCDMA。而CDMA2000的設(shè)計(jì)是以IS-95系統(tǒng)的豐富經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的,因此窄帶CDMA向CDMA2000的演進(jìn)無論從無線還是網(wǎng)絡(luò)部分都更為平滑。在基站方面只需更新信道板,并將系統(tǒng)軟件升級,即可將IS-95基站升級為CDMA2000基站。
由此可見,WCDMA和CDMA2000還將長時間在我國共存,鹿死誰手?尚未分曉。
參考文獻(xiàn):
[1]TeroOjanpera,RamjeePrasad.朱旭紅譯.寬帶CDMA:第三代移動通信技術(shù).北京:人民郵電出版社.
本文以常用的車載物流過程為研究對象，在貨柜中部署傳感器節(jié)點(diǎn)，來實(shí)時監(jiān)測貨物運(yùn)輸過程的相關(guān)環(huán)境參數(shù)，WSN中的匯聚節(jié)點(diǎn)通過藍(lán)牙傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)傳給作為網(wǎng)關(guān)的智能手機(jī)，智能手機(jī)通過GPS衛(wèi)星定位將位置信息加入到參數(shù)數(shù)據(jù)中，再通過移動通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)中。本論文研究主體為車載部分，其架構(gòu)如圖2所示。
1.1傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，傳感器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是實(shí)時監(jiān)測相關(guān)環(huán)境參數(shù)，并對其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和轉(zhuǎn)發(fā)，使數(shù)據(jù)通過WSN傳輸?shù)絽R聚節(jié)點(diǎn)處，其處理能力、存儲能力和通信能力要求不高，因此采用簡單節(jié)約的設(shè)計(jì)方案。如圖3所示，傳感器節(jié)點(diǎn)由傳感器模塊、處理器模塊、射頻模塊、電源模塊和電路等部分組成。傳感器模塊負(fù)責(zé)對所需參數(shù)進(jìn)行采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換。處理器模塊負(fù)責(zé)控制整個傳感器節(jié)點(diǎn)的操作，存儲和處理傳感器模塊采集的以及射頻模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。射頻模塊負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)之間的通信，對數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)送或接收。電源模塊負(fù)責(zé)為整個節(jié)點(diǎn)提供運(yùn)行所需的能量，是決定節(jié)點(diǎn)壽命的關(guān)鍵因素之一。電路則包括聲光電路、復(fù)位電路及接口電路等。（1）處理器模塊。處理器模塊是傳感器節(jié)點(diǎn)的核心部分，本設(shè)計(jì)方案中，處理器選用德州儀器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，該處理器采用1.8V-3.6V的低電壓供電，可以在低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作，非常適合應(yīng)用在對功耗控制要求甚高的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。該處理器同時擁有較強(qiáng)的處理能力和較豐富的片內(nèi)資源，擁有16kB閃存、512BRAM、2個16位的定時器、1個通用同步異步接口（USART）、12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和6個8位并行接口。（2）射頻模塊。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)際應(yīng)用中，傳感器節(jié)點(diǎn)既需要發(fā)射又需要接收數(shù)據(jù)，因此本設(shè)計(jì)方案中的射頻模塊采用收發(fā)一體的無線收發(fā)機(jī)。射頻模塊采用Chipcon公司推出的無線收發(fā)芯片CC2420，它的工作電壓位于2.1~3.6V之間，收發(fā)電流不超過20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要較少的電路就可工作，天線設(shè)計(jì)采用PCB天線，進(jìn)一步減小模塊體積。CC2420工作在2.4GHz頻段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee協(xié)議；采用O-QPSK調(diào)制方式，抗鄰道干擾能力強(qiáng)；128B接收和128B發(fā)射用的數(shù)據(jù)緩存空間，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)250kb-ps。（3）傳感器模塊。傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集部分根據(jù)實(shí)際需要選擇相應(yīng)的傳感器，如溫度、濕度、振動、光敏、壓力等傳感器。本文的研究重點(diǎn)不在傳感器上，因此僅以溫濕度傳感器作為例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15溫濕度傳感器，該傳感器將傳感元件和信號處理電路集成在一起，輸出完全標(biāo)定的數(shù)字信號[3]。其工作溫度范圍在-40℃-123.8℃之間，其在-20℃-70℃范圍內(nèi)，溫度測量精度在±1℃以內(nèi)；濕度范圍在0%-100%之間，在10%-90%范圍內(nèi)，濕度測量精度在±2%以內(nèi)。
1.2匯聚節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)在本系統(tǒng)中，匯聚節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是接收傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行存儲和處理后傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)處，同時，接收來自網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息，向傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)測任務(wù)。匯聚節(jié)點(diǎn)是連接WSN和外部網(wǎng)絡(luò)的接口，實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議間的轉(zhuǎn)換，使用戶能夠訪問、獲取和配置WSN的資源，對其處理能力、存儲能力和通信能力要求較高。而為了與傳感器節(jié)點(diǎn)匹配，匯聚節(jié)點(diǎn)的硬件結(jié)構(gòu)與傳感器節(jié)點(diǎn)基本相似，如圖4所示，匯聚節(jié)點(diǎn)沒有傳感器模塊，增加了存儲器模塊和藍(lán)牙通信模塊。（1）處理器模塊。同樣的，處理器模塊也是匯聚節(jié)點(diǎn)的核心部分，主要負(fù)責(zé)控制整個匯聚節(jié)點(diǎn)的操作，存儲和處理來自射頻模塊或者藍(lán)牙通信模塊的數(shù)據(jù)，再將處理結(jié)果交給射頻模塊或者藍(lán)牙通信模塊發(fā)送出去。本設(shè)計(jì)方案中，處理器選用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，該處理器和MSP430F135一樣，可以在1.8V~3.6V的低電壓下以超低功耗狀態(tài)工作，但其擁有更強(qiáng)的處理能力和更豐富的片內(nèi)資源，48kB閃存和10KBRAM、2個16位定時器、1個快速12位ADC、雙12位DAC、2個USART接口和6個8位并行I/O接口。（2）存儲器模塊?？紤]到物流運(yùn)輸過程中環(huán)境多變，容易帶來一些不確定因素，這些不確定因素可能引起處理器自帶的存儲器中的數(shù)據(jù)丟失，因此匯聚節(jié)點(diǎn)需要存儲一些重要的數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)方案中，匯聚節(jié)點(diǎn)的外部存儲器芯片選用由Mi-crochip公司生產(chǎn)的24AA64，工作電壓低至1.8V，它采用低功耗CMOS技術(shù)，工作時電流僅為1mA，而且可以在惡劣的環(huán)境下穩(wěn)定工作。由于匯聚節(jié)點(diǎn)對存儲容量要求不高，而且24AA64芯片的存儲容量為64KB，擦寫次數(shù)可達(dá)到百萬次，因此一塊芯片即可滿足本系統(tǒng)的存儲要求。（3）藍(lán)牙通信模塊。本系統(tǒng)采用智能手機(jī)作為后臺系統(tǒng)和WSN之間的網(wǎng)關(guān)，來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸。為了使匯聚節(jié)點(diǎn)與智能手機(jī)能夠進(jìn)行通信，采用藍(lán)牙通信協(xié)議。而在匯聚節(jié)點(diǎn)使用藍(lán)牙通信方式需要增加一個藍(lán)牙通信模塊。本設(shè)計(jì)方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模塊，其工作電壓為3.3V-6V，工作電流最大為25mA，功耗較低；其最大傳輸距離為100m，通信速率最高可達(dá)115200bps；其天線為PCB天線，所需器件很少，故模塊的體積很小，可以通過串行接口直接與處理器模塊相連。
1.3網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)本系統(tǒng)要求在后臺系統(tǒng)和WSN部署點(diǎn)間進(jìn)行雙向通信，為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸功能，有兩種方案，一是匯聚節(jié)點(diǎn)增加移動通信模塊，如GPRS模塊[4]；二是采用智能手機(jī)作為后臺系統(tǒng)和匯聚節(jié)點(diǎn)之間的網(wǎng)關(guān)。方案一對匯聚節(jié)點(diǎn)的要求進(jìn)一步提高，不僅處理過程更加復(fù)雜，其能量消耗也大大提高；另一方面要實(shí)現(xiàn)物流過程的跟蹤，還需有定位功能，一般采用GPS模塊[5]，這樣成本也將大大提高。相比之下，方案二優(yōu)勢明顯，采用智能手機(jī)可以進(jìn)行各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的存儲，使用移動通信網(wǎng)絡(luò)與后臺系統(tǒng)進(jìn)行通信，使用內(nèi)置的GPS定位功能，后臺用戶可以在緊急事件發(fā)生時直接聯(lián)系貨車司機(jī)等。因此，本系統(tǒng)采用智能手機(jī)作為網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)方案中，采用中國移動M811手機(jī)作為測試對象，其支持4G/3G/GPRS等移動網(wǎng)絡(luò)，可以方便地使用移動網(wǎng)絡(luò)與后臺系統(tǒng)進(jìn)行通信；其具有GPS定位功能，可以實(shí)現(xiàn)貨車定位；具有藍(lán)牙通信功能，可與匯聚節(jié)點(diǎn)間采用藍(lán)牙通信；使用An-droid4.0操作系統(tǒng)，擁有豐富的開源資源，方便軟件的設(shè)計(jì)。
2系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)使用WSN中的傳感器節(jié)點(diǎn)檢測物流過程中相關(guān)環(huán)境參數(shù)并發(fā)送到匯聚節(jié)點(diǎn)處，由其將數(shù)據(jù)通過藍(lán)牙連接傳輸?shù)街悄苁謾C(jī)，智能手機(jī)通過移動通信網(wǎng)絡(luò)將加入GPS信息的數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_服務(wù)器。系統(tǒng)各部分的工作任務(wù)不一，硬件條件也有很大差別，因此系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)也十分關(guān)鍵。
2.1傳感器節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)傳感器節(jié)點(diǎn)主要承擔(dān)數(shù)據(jù)采集和發(fā)送的工作，由于其能量及處理資源有限，因此需要采取節(jié)能和減少數(shù)據(jù)處理的設(shè)計(jì)方案。本設(shè)計(jì)方案中，傳感器節(jié)點(diǎn)采取按需求喚醒的工作方式，檢測等待時間（等待時間可由后臺設(shè)置）未到或者沒有收到匯聚節(jié)點(diǎn)命令時節(jié)點(diǎn)處于休眠狀態(tài)；當(dāng)?shù)却龝r間一到或者收到命令時，立刻開始工作，進(jìn)行采集數(shù)據(jù)并發(fā)送，或者根據(jù)命令完成相應(yīng)操作，完成后又進(jìn)入休眠狀態(tài)，等待下一次激活，其程序流程如圖5所示。
2.2匯聚節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)匯聚節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)是接收傳感器節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)，處理后通過藍(lán)牙傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)處，同時接收來自網(wǎng)關(guān)的命令，完成相應(yīng)的操作。相比于傳感器節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)的工作更加復(fù)雜，而且其能量和處理資源也不多，因此采取與傳感器節(jié)點(diǎn)相似的節(jié)能設(shè)計(jì)方案，將復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理工作交予網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，其程序流程如圖6所示。
2.3智能手機(jī)APP設(shè)計(jì)智能手機(jī)作為本系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，承擔(dān)協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理等復(fù)雜工作，因此開發(fā)相應(yīng)的應(yīng)用程序（Applica-tionProgram，簡稱APP）來實(shí)現(xiàn)上述功能，其流程圖如圖7所示。該APP實(shí)現(xiàn)對智能手機(jī)內(nèi)部藍(lán)牙模塊的調(diào)用，通過藍(lán)牙連接與匯聚節(jié)點(diǎn)通信；利用智能手機(jī)的GPS模塊獲取位置信息，加入到接收到的傳感器數(shù)據(jù)中，再通過移動通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)胶笈_系統(tǒng)；接收后臺系統(tǒng)的命令，完成相應(yīng)的操作；同時通過智能手機(jī)對應(yīng)的界面提供數(shù)據(jù)顯示、告警提醒以及日志功能。
3結(jié)語
在以LTE為代表第4代移動通信正在普及應(yīng)用的時候，第5代移動通信（5G）的研發(fā)已經(jīng)拉開了帷幕。在過去30多年里，移動通信提高系統(tǒng)容量的方法主要有3個：增加無線傳輸帶寬、提高無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、最有成效的是無線傳輸技術(shù)，通過引入高階調(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代移動通信中采用了多天線技術(shù)，并通過引入空間資源改善了頻譜效率。在未來10～15年，移動通信業(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)來滿足這個需求將成為5G研發(fā)需要面對的問題。
目前，移動通信的主要需求是來自移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，特別是智能終端的發(fā)展激發(fā)了移動通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的猛增。未來將有更多類型的終端引入達(dá)到移動通信網(wǎng)絡(luò)中，移動通信終端的數(shù)量將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人口數(shù)量，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為絕對的主流。5G移動通信的主要技術(shù)突破點(diǎn)仍然是新頻段、無線傳輸技術(shù)和蜂窩組網(wǎng)技術(shù)。5G移動通信可能采用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解決。
此外，移動通信對新技術(shù)的引入方式也在發(fā)生著本質(zhì)的變化，從早期的與場景無關(guān)的普適技術(shù)到現(xiàn)在依場景優(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)用場景，無疑將只能針對最惡劣的使用場景進(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)，更加精確地利用無線傳輸信道的特征，可以在更多的使用場景達(dá)到最優(yōu)，整體性能較高；到了5G，這個特點(diǎn)將更加突出，現(xiàn)在提出的一些新技術(shù)都是在特定場景中使用的，可達(dá)到更高的系統(tǒng)性能。
5G移動通信的研究才剛剛開始，本專題只是涉及了部分5G相關(guān)技術(shù)。希望通過這些論文能部分反映中國在5G移動通信領(lǐng)域的研發(fā)現(xiàn)狀，并促進(jìn)未來5G移動通信技術(shù)的研究。
藍(lán)牙計(jì)劃基本上是一個無線傳輸?shù)挠?jì)劃，不需要透過實(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)然這種無線傳輸并不像行動電話那樣數(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（愛立信，瑞典）、Intel（英特爾，美國）、NOKIA（諾基亞，芬蘭）、IBM（國際商務(wù)機(jī)器，美國）、TOSHIBA（東芝，日本）等五家公司，共同組織一個“特別參與組織（SIG，SpecialInterestGrou）”稱為BluetoothSIG，以此組織來制定一套短距離的無線傳送、接收的技術(shù)規(guī)格。
二、淺談藍(lán)牙技術(shù)
藍(lán)牙計(jì)劃雖是1998年開始，但是藍(lán)牙的技術(shù)根基卻來自1997年制訂完成的無線局域網(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)行無線通訊，至于使用的頻帶范圍，則是使用2.45GHz，這個無線電頻帶是全世界共同開放、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。
由于這個頻帶被廣泛使用了，那么使用此頻帶進(jìn)行通訊，絕對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次的跳頻動作，此這樣的動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)牙無線收發(fā)的數(shù)據(jù)封包不能太長，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)省開發(fā)時間與成本，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。
三、藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用
藍(lán)牙由于具有1-2Mbps、10-100公尺的無線通訊能力，因此藍(lán)牙技術(shù)可以舒緩若干問題，例如可以直接利用藍(lán)牙的高速數(shù)據(jù)傳輸率來傳輸語音，等于是把藍(lán)牙通訊當(dāng)成無線電話的功能。
另外對于小公司、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，也等于可以建立無線的LAN環(huán)境、小族群通訊環(huán)境。
四、藍(lán)牙技術(shù)的展望
（一）藍(lán)牙收發(fā)話器對健康的好處。由于手機(jī)有高功率的電磁波，據(jù)報導(dǎo)證實(shí)電磁波會對人體造成傷害，所以有了藍(lán)牙，你將可以把一個小小的藍(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，所以不會對人體有任何傷害)。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來電。
（二）比一般傳統(tǒng)式紅外線傳輸更快，且不用對準(zhǔn)兩個傳輸端口成一直線。藍(lán)牙科技在傳輸方面的好處就是，它能夠允許兩個裝置，在不排成一直線的狀態(tài)下，還能夠以無線的方式傳送數(shù)據(jù)。不像紅外線傳輸最大的缺點(diǎn)是，你必須對準(zhǔn)兩個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
（三）手表可自動對時間，無線下載Mp3。只要將來手表有內(nèi)建藍(lán)牙且有Mp3撥放功能，這樣一來將可自動設(shè)定為標(biāo)準(zhǔn)時間，且可很方便的隨時從計(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，都有可能會被藍(lán)牙所應(yīng)用。藍(lán)牙技術(shù)一旦普及，相信對通訊方式、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生活方式等都會有巨幅的沖擊，甚至很難想象沖擊的程度。不過就現(xiàn)階段而言，藍(lán)牙可能帶來的便利卻是可以想象的，各位可以想象家里安裝一個藍(lán)牙收發(fā)基地臺，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。此外倉庫的盤點(diǎn)盤查，只要帶個PDA，倉庫內(nèi)設(shè)有藍(lán)牙基地臺，馬上可以跟全省各地的倉庫進(jìn)行盤點(diǎn)加總，當(dāng)然，藍(lán)牙基地臺后面有接往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)裝置也都可以無線化，無線打印機(jī)、無線鍵盤、鼠標(biāo)、搖桿。還有家中、公司都設(shè)有藍(lán)牙基地臺，則一支具有藍(lán)牙功能的手機(jī)，在家就可以跟居家無線電話一樣使用，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)，而在外出時就跟一般行動手機(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、行動電話三者合一。
五、結(jié)束語
藍(lán)牙技術(shù)一定會飛速發(fā)展，但仍然有一些應(yīng)用的細(xì)節(jié)問題需要解決，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。但相信隨著一個不斷完善的發(fā)展過程，藍(lán)牙技術(shù)會為我們的未來家居和辦公帶來不僅僅是方便一點(diǎn)的革命。
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關(guān)鍵詞：UML，建模，檢測系統(tǒng)，實(shí)時系統(tǒng)
Abstract： This paper builds model for subway running state Measuring system based on UML-RT. Real-time analysis and design process of the system is illustrated by modeling system from an overall point by UML diagram such as use case diagram， class diagram， activity diagram and sequence diagram. The paper provides the basis for system development.
Key words： UML； modeling； Measuring system； real-time system
1.引言
地鐵性能動態(tài)調(diào)試是列車調(diào)試過程中的重要環(huán)節(jié)，動態(tài)調(diào)試主要檢測地鐵車輛的牽引、動力、制動系統(tǒng)[1]。而現(xiàn)有的地鐵動態(tài)調(diào)試測試手段主要是基于列車本身牽引網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自帶測試軟件，即利用列車通信網(wǎng)絡(luò)中的列車診斷系統(tǒng)接收列車子系統(tǒng)（包括微機(jī)控制與非微機(jī)控制系統(tǒng)）的狀態(tài)信息、故障信息，并進(jìn)行評估、儲存，在司機(jī)室的顯示屏上進(jìn)行顯示[2]。因此其測量準(zhǔn)確性無法衡量。為此開發(fā)地鐵動態(tài)試驗(yàn)性能檢測及數(shù)據(jù)分析裝置對于列車的安全正常運(yùn)行具有重要意義。
2.地鐵運(yùn)行狀態(tài)檢測系統(tǒng)建模
地鐵動態(tài)試驗(yàn)性能檢測及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對列車運(yùn)行過程中的速度、加速度、沖擊率、閘瓦溫度進(jìn)行檢測和分析。通過測速雷達(dá)、壓力傳感器、紅外輻射溫度等傳感器分別測量地鐵行駛過程中的速度、制動管路壓力、制動器溫度等特征量，然后利用無線傳輸裝置將數(shù)據(jù)發(fā)送給由筆記本電腦和系統(tǒng)控制軟件構(gòu)成的系統(tǒng)控制終端，系統(tǒng)分析軟件根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行牽引加速度、制動距離、制動減速度、沖擊率、靜態(tài)制動響應(yīng)時間等狀態(tài)量的計(jì)算，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由此完成對車輛運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測。
2.1用例模型
用例是模型中結(jié)構(gòu)實(shí)體的指定功能，它描述了系統(tǒng)的功能需求，將系統(tǒng)看作黑盒，從外部執(zhí)行者的角度來理解系統(tǒng)[3]。繪制用例圖的第一步是確定系統(tǒng)的參與者。分析可知，系統(tǒng)共有三個參與者，即檢測人員、管理人員及地鐵。檢測人員負(fù)責(zé)對地鐵運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，包括速度、加速度、溫度、壓力的檢測，得出檢測結(jié)果后，在系統(tǒng)初步分析結(jié)果的基礎(chǔ)上做出檢測報告。管理人員負(fù)責(zé)進(jìn)行用戶管理和設(shè)備管理，以保證檢測工作的正常進(jìn)行。地鐵是被檢測對象的承載體，由各傳感器對檢測量進(jìn)行檢測。根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目的和任務(wù)，建立系統(tǒng)的用例圖如圖1所示。
系統(tǒng)中的關(guān)鍵用例有：
（1） 自檢模塊
系統(tǒng)啟動時首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢以確認(rèn)檢測設(shè)備是否有效，自檢包括：測試數(shù)據(jù)采集命令、數(shù)據(jù)分析命令、數(shù)據(jù)導(dǎo)出命令能否正確輸出，測試DMI（即人機(jī)界面，在本系統(tǒng)即為筆記本電腦）顯示等。系統(tǒng)自檢完成后能夠在DMI上顯示自檢結(jié)果。
（2） 數(shù)據(jù)采集
根據(jù)要求選擇各種傳感器，將其安裝在合適的位置。通過傳感器對設(shè)備的電壓或者電流信號進(jìn)行采樣、保持，并送入A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號，然后將該信號送到FIFO中。當(dāng)FIFO中存放的數(shù)據(jù)到了一定數(shù)目時，由ARM7從FIFO中讀出，從而達(dá)到利用各傳感器對相應(yīng)的特征量進(jìn)行測量的目的。
（3） 數(shù)據(jù)傳輸
監(jiān)控或控制設(shè)備無線網(wǎng)絡(luò)通信，目前主要采用IEEE802.11 a/b/g WLAN或者Zigbee技術(shù)。鑒于Zigbee是一種低耗、低成本且能滿足要求的無線串行網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，本系統(tǒng)采用Zigbee無線傳輸技術(shù)，以CC1110無線soc為核心的無線通信裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。無線傳輸模塊與傳感器模塊通過串口通信，無線傳輸模塊取得傳感器數(shù)據(jù)后以無線方式將采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集接入點(diǎn)（AP），然后數(shù)據(jù)采集接入點(diǎn)通過串行方式把數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)監(jiān)測終端。
（4） 數(shù)據(jù)導(dǎo)出
將傳感器檢測到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，數(shù)據(jù)保存為通用格式，可以用EXCEL等第三方軟件打開，方便數(shù)據(jù)分析階段進(jìn)行圖表分析。
（5） 數(shù)據(jù)分析
對接收到的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的監(jiān)測數(shù)據(jù)閾值，對比采集到的監(jiān)測數(shù)據(jù)，做出初步的分析判斷，并可根據(jù)需要在數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL等第三方軟件后進(jìn)行圖表分析。MATLAB在圖像處理領(lǐng)域中，功能強(qiáng)大，使用簡單，可用于對DMI界面的圖像處理；C#可以快速開發(fā)可視化界面，數(shù)據(jù)讀取等，用于檢測設(shè)備測試結(jié)果分析界面的搭建[4][5]。在獲取檢測設(shè)備測試的數(shù)據(jù)之后，需要進(jìn)行結(jié)果的分析與評估時，在C#主程序里通過匿名管道調(diào)用MATLAB可執(zhí)行程序來對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評估。
（6） 數(shù)據(jù)庫
對檢測的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析過程產(chǎn)生的圖表行儲存；對測試特征量的閥值進(jìn)行設(shè)定；對用戶進(jìn)行管理等。
2.2類圖分析
類圖反映了系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。類圖不僅定義系統(tǒng)中的類，還表示類之間的聯(lián)系，如關(guān)聯(lián)、依賴、聚合等，同時也包括類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（類的屬性和操作）。
檢測系統(tǒng)提供顯示和操作界面DMI，檢測員通過對系統(tǒng)界面進(jìn)行一系列操作完成檢測過程，在此過程中DMI也會為檢測員提供檢測過程的參考信息。因此圍繞DMI進(jìn)行深入分析具有重要意義，其類圖如圖2所示。
1.控制的內(nèi)容包括：
1） 數(shù)據(jù)采集的啟動與停止：包括對速度、加速度、溫度、壓力等信息的采集進(jìn)行控制，并將采集到的信息通過無線傳輸裝置發(fā)送給控制終端并顯示出來。
2） 數(shù)據(jù)分析的啟動與停止：包括將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到EXCEL等第三方軟件，并做圖表分析。
2.顯示的內(nèi)容包括：
1） 采集數(shù)據(jù)顯示：顯示速度值、加速度值、壓力值、溫度值。
2） 警示信息顯示：速度異常顯示、加速度異常顯示、壓力異常顯示、溫度異常顯示。
3） 數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示：速度、加速度、溫度、壓力的分析圖表顯示。
4） 設(shè)備狀態(tài)信息顯示：控制模式、工作模式等信息顯示。
2.3檢測過程活動圖
活動圖在用例分析中主要用來描述用戶當(dāng)前完成的工作以及用例實(shí)例或?qū)ο笾械幕顒覽6]，為了更詳細(xì)地描述用戶使用系統(tǒng)的工作過程，我們給出本系統(tǒng)的用戶活動圖。檢測過程建模的主要業(yè)務(wù)有登錄、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲。其活動圖如圖3所示。
事件流程可以描述如下：
檢測人員使用用戶名和密碼登錄系統(tǒng)；
檢測人員發(fā)出數(shù)據(jù)采集指令，傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；
無線傳輸裝置將傳感器采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制終端進(jìn)行存儲；
控制終端對數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并作圖表分析；
檢測人員根據(jù)分析結(jié)果整理出檢測報告；
檢測人員也可再次登陸系統(tǒng)查看上次檢測結(jié)果。
2.4檢測過程序列圖
為防止活動圖變得過于復(fù)雜，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等過程都分別被壓縮在了一個超級活動里，為了更詳盡的描述實(shí)例間的消息，現(xiàn)在使用交互圖[7]。序列圖顯示對象之間的動態(tài)合作關(guān)系，它強(qiáng)調(diào)對象之間消息發(fā)送的順序，同時顯示對象之間的交互，檢測過程序列圖如圖4所示。在活動圖中已經(jīng)詳細(xì)表達(dá)清楚的內(nèi)容在下面的序列圖中不再進(jìn)行贅述，僅從登錄成功角度進(jìn)行描述。
3.結(jié)論
本文利用實(shí)時UML，通過用例圖、類圖、活動圖、序列圖建立了地鐵運(yùn)行狀態(tài)檢測系統(tǒng)的模型，研究表明，為地鐵運(yùn)行狀態(tài)檢測系統(tǒng)構(gòu)建UML 模型，能夠規(guī)范系統(tǒng)開發(fā)流程、優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)開發(fā)效率，增強(qiáng)程序可讀性和可維護(hù)性。該項(xiàng)工作的完成為地鐵運(yùn)行狀態(tài)檢測系統(tǒng)的開發(fā)提供了依據(jù)。
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參考文獻(xiàn)的寫作在某一程度上提升論文學(xué)術(shù)價值和質(zhì)量水平，所以參考文獻(xiàn)在論文的寫作當(dāng)中也是不能忽視的，寫好論文還參考文獻(xiàn)那么我們寫出了的論文才更有水平。下面是學(xué)術(shù)參考網(wǎng)的小編整理的無線通信論文參考文獻(xiàn)，歡迎大家閱讀賞析。
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關(guān)鍵詞：實(shí)時監(jiān)測；環(huán)境參數(shù)；控制臺
1 引言
隨著可再生能源技術(shù)的發(fā)展，在最近幾年太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)得到了比較廣泛的應(yīng)用。但是目前影響太陽能系統(tǒng)輸出參數(shù)的因素很多，主要的外部環(huán)境參數(shù)為溫度、表面風(fēng)速和照度。溫度是光伏系統(tǒng)的重要參數(shù)之一，在給定光強(qiáng)下，光伏電池工作溫度的升高影響電池的輸出功率[1]。因此對溫度的采集和 檢測在光伏發(fā)電系統(tǒng)中顯得尤為重要。光伏發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)境風(fēng)速會影響到光伏發(fā)電組件的表面熱量散發(fā)，因此對風(fēng)速的采集和監(jiān)控也是需要的。對于照度的監(jiān)控，能很好的監(jiān)控組件工作狀況，防止“熱點(diǎn)效應(yīng)” [2]的產(chǎn)生。
本文設(shè)計(jì)了一種自動的、可以實(shí)時檢測、記錄以及傳輸?shù)奶柲芄夥l(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測裝置，該裝置不僅可以實(shí)時檢測光伏發(fā)電組件的環(huán)境參數(shù)，而且可以把采集到的參數(shù)通過無線傳輸發(fā)送到遠(yuǎn)程的控制臺，進(jìn)行記錄處理分析。
2 系統(tǒng)構(gòu)成及硬件部分
2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)主要包括電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、顯示模塊、無線通信模塊，系統(tǒng)框圖如圖1所示。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊使用多個傳感器采集太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的光伏發(fā)電組件的溫度、風(fēng)速、照度；數(shù)據(jù)處理模塊，控制多個傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集并處理傳感器采集的數(shù)據(jù)；無線通信模塊，執(zhí)行太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測裝置與通信基站的無線通信，傳輸采集的數(shù)據(jù)；電源模塊為上述各模塊提供電源。
2.2 硬件結(jié)構(gòu)及工作過程
數(shù)據(jù)采集模塊包括溫度傳感器，風(fēng)速傳感器和照度傳感器。溫度傳感器包括美國AD公司生產(chǎn)的集成接觸式傳感器芯片AD590信號放大器，AD590的測溫范圍為-55℃～+150℃。AD590將外部溫度信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，接著信號放大器將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號并自動調(diào)整信號的增益大小。風(fēng)速傳感器采用了脈沖式風(fēng)速傳感器，脈沖式風(fēng)速傳感器體積小、質(zhì)量小、原理簡單，同時能夠?qū)L(fēng)速模擬量直接轉(zhuǎn)換成電子脈沖數(shù)。
數(shù)據(jù)處理模塊采用德州儀器（TI）公司的LM3S1138微處理器，該微處理器可以對采集來的溫度和照度數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并經(jīng)行數(shù)據(jù)比較和BCD碼轉(zhuǎn)換，最后可以在顯示模塊上顯示出當(dāng)前的溫度、風(fēng)速以及照度的數(shù)值。微處理器還可以控制采樣的周期，設(shè)定報警的上限，一旦采集到的數(shù)據(jù)超過報警的上限時，即發(fā)出報警信號。該微處理器還可以按照用戶定義的數(shù)據(jù)格式打包，并發(fā)送到無線通信模塊的緩存中去。顯示包括四個鍵，這4個按鍵可以對微處理器進(jìn)行參數(shù)和報警上限的設(shè)定。
無線通信模塊采用索尼愛立信公司的G64無線傳輸模塊，G64可以將數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)送過來的數(shù)據(jù)包封裝，通過GPRS接入Internet，傳入監(jiān)控中心。監(jiān)控中心的終端對接收來的數(shù)據(jù)包解析，還原，并由PC機(jī)執(zhí)行相關(guān)的處理，如記錄下一周期內(nèi)的溫度，風(fēng)速，照度的變化曲線，定期進(jìn)行數(shù)據(jù)庫更新等等。監(jiān)控中心的終端還可以通過Internet和無線網(wǎng)絡(luò)對太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置經(jīng)行遠(yuǎn)程設(shè)定。
數(shù)據(jù)采集模塊采集太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的溫度、風(fēng)速、照度參數(shù)，并且把這些參數(shù)傳送到數(shù)據(jù)處理模塊，數(shù)據(jù)處理模塊對這些參數(shù)濾波，A/D轉(zhuǎn)換后打包發(fā)送到無線通信模塊的緩存中，無線通信模塊把這些數(shù)據(jù)包通過現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)羅如GSM，CDMA，WCDMA，TDSCDMA發(fā)送到各個基站，進(jìn)而再傳送到控制臺，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析，當(dāng)采集到的數(shù)據(jù)超過所設(shè)定的參數(shù)時，還可以發(fā)出報警信號。
3 軟件設(shè)計(jì)
在采集過程中，傳感器的輸入模擬信號經(jīng)前段信號處理之后送至C8015F320的引腳上，經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。單片機(jī)片外有8個45DB321C芯片組成一個32MB的Data flash 存儲器，采集到的數(shù)據(jù)不斷地通過SPI接口送到45DB321C芯片中存儲。
4 總結(jié)
本論文設(shè)計(jì)了一種太陽能電站使用的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測裝置，該裝置包括數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)處理模塊，無線通信模塊，電源模塊。本裝置可以把數(shù)據(jù)監(jiān)測由原來人工手持式監(jiān)測為自動實(shí)時監(jiān)測，大大提高效率，采集的數(shù)據(jù)可以通過無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到各個計(jì)算機(jī)終端，進(jìn)行記錄分析，使得工作人員可以在任意地方都能隨時了解到太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的工作狀況，對于產(chǎn)生的問題可以及時處理，符合國家職能電網(wǎng)建設(shè)中，免維護(hù)、可控、可視等要素的要求。
參考文獻(xiàn)：
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