2.4G技术论文

2024-11-03

2.4G技术论文（精选6篇）

2.4G技术论文篇1

当两个或两个以上网络互联时, 无线局域网的低功率与高频率限制了其覆盖范围, 为了扩大覆盖, 可以引入蜂窝或者微蜂窝的网络结构来实现;也可通过增大发射功率扩大覆盖半径来实现。那么相比较前者成本较高, 而后者则相对较便宜, 且容易实现。本文主要研究的是距离扩展射频前端的方案与硬件的实现, 通过增大发射信号功率、放大接收信号提高灵敏度以及选择增益较大的天线来实现, 最终可以应用于与IEEE802.11b/g兼容的无线通信系统中。

一、双功放大器设计

根据时分双工TDD的工作原理, 收发是分开进行的, 因此可以采用功率检波器信号输入端接在RF信号输入通道上的定向耦合器上。当无线收发器处在发射状态时, 功率检波器检测到无线收发器发出的信号, 产生开关切换信号控制RF开关打向发射PA通路, LNA电路被断开, 双向功率放大器处在发射状态。当无线收发器处在接收状态时, 功率检波器由于定向耦合器的单方向性而基本没有输入信号, 这时通过开关切换信号将RF开关切换到LNA通路, PA通路断开, 此时双向功率放大器处在接收状态。

二、发射功率放大电路

发射功率放大电路的作用是将无线收发器输入功率放大以达到期望输出功率。此处选择单片微波集成电路 (MMIC) 作为功率放大器件, 并采用两级级联的方式来同时达到最大输出功率与增益的要求。前级功率放大芯片选择RFMD公司的RF5189, 该芯片主要应用在IEEE802.11b WLAN、2.4GHz ISM频段商用及消费类电子、无线局域网系统、扩频与MMDS系统等等。RF5189的增益可以通过VREG引脚电压控制, 在本设计中VREG电压取+3V, 使RF5189具有最大增益。RF5189在2.412GHz~2.482GHz频段增益变化幅度约为0.6d B, 线性度较高。由于RF5189片内集成了输入输出端口的匹配电路与RF隔直电容, 所以RF5189输入输出端直接加特性阻抗为50Ω的传输线进行信号的传输。

第二级功率放大芯片采用RFMD公司的RF2126。RF2126的功率控制端接到RF5189功率控制端, 两片功率放大芯片采用统一的控制电压信号进行控制。它的输入输出阻抗并不是50Ω, 所以需要外加匹配电路, 匹配电路中使用的电容选择自谐振频率与Q值高, 等效串连阻抗ESR很小的射频电容, 以减小信号在阻抗匹配电路中的损耗。低噪声放大 (LNA) 电路的设计

低噪声放大芯片选择Hittite公司的HMC286E。HMC286E是专门为2.3GHz-2.5GHz的扩频系统设计的低噪声放大器 (LNA) , 在+3V供电情况下可以提供19d B信号增益和1.7d B的低噪声系数, 并且耗电仅8.5m A。在2.4GHz时的一阶增益压缩点 (P1d B) 是+6d Bm, 三阶交调截取点 (IP3) 是+12d Bm。在接收低噪声放大器 (LNA) 输入端加一级带通滤波器, 考虑到实际功放尺寸的限制, 本设计采用表面安装的低温烧结陶瓷 (LTCC, Low-Temperature Cofired Ceramics) 带通滤波器BF2520-B2R4CAC。它的插入损耗很小, 最大为1.5d B。收发切换电路的设计

为了使功放电路可以工作在TDD模式下, 在RF收发器端和天线端各加一个射频单刀双掷 (SPDT) 开关。直接采用SkyWorks公司的Ga As集成SPDT开关芯片AS179-92。该芯片插入损耗为0.4db, 上升下降时间为10ns。功率检测电路的设计, 切换控制信号通过对功率检波器输出信号整形变换得到, 因此功率检测电路的性能对实现收发控制至关重要。功率检测芯片选择Linear公司的LT5534ESC6。为了不使在接收状态下, 接收功率较大时功率检波器输出大电压值, 还有就是使功率检测电路的引入不影响信号通路的特性阻抗, 因此功率检波器RF输入端不直接接在功率放大器信号输入端, 而是采用微带线定向耦合器从RF通路中耦合出一部分功率输入到功率检测电路中。耦合微带线定向耦合器用ADS2005A的无源电路设计向导 (Passive Circuit Design Guide) 来设计。

功率检测电路输出的是一个接近线性的电压信号而不是逻辑高低电平信号, 不适合直接控制RF开关。因此需要一个电平平移与驱动电路来将单一的初始控制信号变成稳定的驱动能力强的一对反相的控制信号。所以电路采用一个三极管9011和一个双P沟道场效应管RF1K49093构成。

双向功率放大器设计指标:工作频率:2400MHz~2483MHz、最大输出功率:+30d Bm (1W) 、发射增益:≥27d B、接收增益:≥14d B、接收端噪声系数:<3.5d B、频率响应:<±1d B、具有收发指示功能, 具有电源极性反接保护功能。

三、双向功率放大器的测试

由于所设计的双向功率放大器是专门针对扩频通信系统的, 所以输入输出信号都是扩频信号, 而且工作频率较高, 如果要观察信号波形的话对测试仪器要求很高, 所以不适合采用时域测试方法。所以采用了频域测试方法来对双向功率放大器进行测试。

本文是在学习IEEE802.15.4 2.4GHz扩频通信调制方法的基础上设计出适合于IEEE802.15.4的双向功率放大器, 该功率放大器也可以直接用于IEEE802.11b/g收发系统中。根据实际需要确定功率放大器的电路结构, 依次对发射功率放大电路、接收信号放大电路、收发切换电路、功率检测电路、电平平移与驱动电路以及电源管理电路的所需元器件选择和应用电路进行了非常详细的分析与设计。从测试结果看来, 本设计已经达到了预期的要求, 可以应用到工程中。欢迎访问autooo.net

2.4G技术论文篇2

当前由于粮库采集监控点分布各个室内或室外粮仓,中心监控系统需要实时汇总信息以便处理和监控,因此远程信息采集点通过2.4G无线技术的通讯方式,使用系统软件本身的内部接口方式将数据实时的传输到监控中心,中心采集数据可以进行实时监控、告警,预警并存储、查询、分析、打印。

本系统不仅能够让用户通过“软件+硬件”采集终端使用无线通讯的方式完成日常粮情监控任务和告警及故障的快速反应,快速处理,还可以帮助用户分析粮食在本地仓储中的一些存储规律,平衡性和季节性的问题,同时可以根据分析改善粮库粮食的存储环境,调整存储方案。

2 无线粮食监控系统整体结构

远程无线粮情监测平台采用Frame Work3.5+UImapping+Ibitas软件框架和ARM2440硬件核心架构[1],使用组件DEVCompent Dotnet Bar、Xtra Pringing Libary、Infragistics Net Advantage[2]等为基础,嵌入式采集终端使用了Linux+SQLite结合[3]。为企业用户提供完善的粮食粮情监测平台。

3 2.4G通讯模块在硬件电路的设计

3.1 方案的整体设计思路

控制底板将IMU单元输出的多路模拟信号进行采集后,使用A/D转换将数据进行处理,然后高速同步串行口(SPI)总线将处理后的数字信号发送给NRF24L01,NRF24L01将接收到的数据使用无线方式传送,接收的时候同样是用开发的控制底板使用高速同步串行口(SPI)控制无线芯片,对数据进行接收,同时将接收到的数据通过网络发送给监控中心。从而实现了将IMU数据的采集、A/D转换、传输及最后的处理。

3.2 数据采集

控制底板内部设计使用了可以进行数据信号转换的ADC和DAC,ADC使用双路,一路是九通道的逐次逼近寄存器型ADC,一路使用八通道逐次逼近寄存器型ADC,程序内部可以更具情况自行控制这两路ADC的数据转发方式,通讯速率等。

通过IMU采集的传感器数据是模拟信号,使用其端口Ain0-Ain7将其传输到控制底板单片机,经过A/D转换电路将模拟信号转换为数字信号,同时存储到数字寄存器单元内,处理后返送到NRF24L01芯片中进行发送。

3.3 数据发送

控制底板单片机设计有3个通讯串口,一个SMBus兼容I2C串行扩展总线,SPI扩展串行接口和PRO UART串口,3个串口可以并行进行数据通讯。除了扩展串口之外,本模块使用的主通讯串口是SPI,使用SPI连接相关模块,SPI是一个四线(Mosi,Miso,Sck,Nss),全双工工作的总线,可以在一个总线是连接多个相关芯片或器件,通过主芯片进行控制传输。SPI的工作模式是通过开发的嵌入式程序,将转完并处理完成的数据通过SPI接口发送到无线传输芯片内,并进行数据转发。

3.4 发送模块设计

NRF24L01芯片的工作频段为2.4G的ISM频段,处于该频段的无线传输芯片可以达到2Mbps的传输速度,同时内部自带CRC校验和出错重传机制,在最大传输速度工作状态下,其接收时电流为12±0.3m A,发送电流仅仅11±0.3m A,功耗非常低。

通讯模块的底板单片机通过编程的方式对2.4G无线传输芯片NRF24L01进行参数设置,将其参数默认设置为发送数据模式,等待外部的中断信号,当中断信号产生时,改变无线传输芯片的传输模式,在Time Out时间内收到回应信号的话,判断为数据发送成功并被接收,否则数据将重新发送。若发送次数超出重发计数范围或异常,由IRQ产生一个中断,通过写状态寄存器进行复位,如果收到了响应的ACK信号,程序判断为数据发送成功,在TX FIFO寄存器中取待发送数据,重新进去发送状态。

3.5 接收模块设计

与发送模块的一样的原理,使用开发的嵌入式程序对2.4G无线传输芯片NRF24L01进行设置,默认参数设置为接收模式,该模式等待接收校验信号,接收到信号后,2.4G无线传输芯片会对发送方自动进行ACK,表示确认接收,然后同样由IRQ产生一个终端信号,通知底板单片机进行接收,底板单片机将数据接收处理后转发给监控中心。

接收模式的控制底板在收到中断信号的同时,要与NRF24L01无线传输芯片进行时间同步,用时间戳来保证数据收发上的匹配。处理完一包数据后,清除NRF24L01的状态寄存器,准备接收下一包数据并复位处于等待状态。

4 软件系统

4.1 软件组成

本套监控系统的桌面应用软件采用.net编程语言开发,主要功能是完成粮食监控数据的接收、处理和存储。数据的收发方式使用环境集成的TCP/IP通讯类完成。2.4G通讯模块部分的软件采用C语言进行开发。

4.2 发射部分程序设计

首先对设备和程序进行初始化,校正底板单片机的参数,编写A/D转换程序,将模拟信号转换为数字信号。再通过时序程序,从寄存器中读出数据,发送给2.4G无线传输芯片,无线传输芯片便会自动将TX FIFO寄存器中的数据依次发送出去。

4.3 接收部分程序流程设计

首先对设备和程序进行初始化,校正底板单片机的参数,设置2.4G无线传输芯片的接收模式,通过数据接收程序,将接收芯片的RX FIFO寄存器中的数据读出来,通过网络,传送给监控中心。

5 结论

模块化软件设计和无线技术的结合应用有很大的优越性,粮库的仓储状况根据每年的计划和国家的分配不停的调整,在不影响基础功能和网络的前提下,平台可以更灵活的调整使用的升级,而不会涉及过多的相关改造。

现今粮库市场使用的监控系统基本上都还停留在使用综合布线网络方式进行数据传输管理,存在着高成本、适应仓型受限、易腐蚀,老化快,故障节点多等问题,而且在倒仓和扩展升级时带来重新施工的麻烦,不易于管理,中间设备和线材的更换也频繁。基于2.4G通讯技术的粮情监测系统则可以一劳永逸的解决以上问题,施工成本低,不造成破坏性改造,设备的更新和升级扩展都简单方便。完全可以从各方面高效的取代之前的布线方案的管理系统,而无线的大量使用也成为现今科技发展的主流趋势。

参考文献

[1]夏华.无线通信模块设计与物联网应用开发[M].北京:电子工业出版社,2011:6.

[2]杜思深主编.无线数据通信技术[M].北京:电子工业出版社,2011.

2.4G技术论文篇3

人类正经历着有史以来最为迅速的以信息和通信技术 (ICT) 为代表的科技革命。近十几年来, 无线电正处于令人眩目的大变革时代, 无线电业务应用越来越广泛, 新技术、新制式曾出不穷, 无线设备制造向智能化、移动化、宽带化、功能服务多样化发展演进, 无线电在“物联网”、“泛在网络社会” (UNS) 中扮演着重要角色。与此同时, 无线电频谱这种宝贵且有限的自然资源异常拥挤。连过去不怎么受“待见”的工科医 (ISM) 频段 (如2.4GHz) , 由于不收频占费、免发执照都成了“宝贝”频段在争相使用。

城市轨道交通是引领中国走新型城市化道路满足城镇发展需求的重要交通工具, 近些年来中国各地正在大规模规划建设地铁、轻轨等基础设施, 预计2020年前我国城轨交通新增营业里程将达到6560公里, 将投入3万多亿元。与城市轨道交通配套的基于通信的列车控制系统CBTC (Com mu nication Based Train Cont rol System) 也选用了与ISM“共用”的不受无线电管理“干扰保护”的2.4GHz频段, 最近就多次发生无线电“干扰”甚至“逼停”地铁运营的事件。本文将就2.4GHz频段的频谱利用、管理及“逼停”地铁事件作为案例进行干扰分析, 供研究参考。

二、国际国内2.4GHz频段的频率划分规定

1. 电磁频谱是宝贵的自然资源

(1) 无线电磁频谱的定义。

电磁频谱是指按照电磁波频率或者波长排列起来所形成的谱系。实际上“频谱” (Spectrum) 的物理概念最初只限于从红色到紫色各种不同颜色的光组成的可见光, 在空中以每秒钟30万公里的速度传播。电磁频谱可以从可见光向两个方向扩展, 更高频率的“光”包括紫外线、X射线以及宇宙射线, 较低频率的“光”就是红外光, 而3000GHz以下称为无线电 (radio) 频谱, 但3000GHz以上频率的“无线” (Wireless) 通信包括红外线 (波长0.7mm~1mm) 、自由空间光无线通信等现也已用于从电信链路到卫星遥感等多种业务, 国际电联I T U已将30 0 0 GH z以上频段及此频段上的固定业务应用纳入国际《无线电规则》及相关建议。

(2) 无线电磁频谱是有限的、宝贵的自然资源。

21世纪将是信息社会时代, 谁掌握了信息谁就有了竞争的优势。信息时代正在改变着人们的工作方式和生活方式, 而且将彻底改变世界利益的格局和竞争的态势。无线电通信是传递信息的重要手段, 为全社会提供着各类信息传递服务, 在社会经济发展、国防建设和人民生活中发挥着重要的作用。电磁频谱虽然很宽, 但由于受到无线电波的固有传播特性和现有技术发展等因素所限, 尽管采用时域、频域、空域、正交等多种技术, 可用的无线电频谱资源仍然是有限的、宝贵的, 必须充分有效地予以利用、保护和科学管理。

2. 频率规划与划分、分配、指配

(1) 无线电业务。

根据ITU《无线电规则》和《中华人民共和国无线电频率划分规定》, 使用无线电频率的无线电业务基本上分为两大类, 即无线电通信业务和射电天文业务。无线电通信业务又可分为地面业务及空间业务, 其中包括固定业务、移动业务、广播业务、业余业务、安全业务等总共定义了43种业务。近些年来, 不管是空间业务还是地面业务都取得了迅速发展, 应用非常广泛。

(2) 无线电频率划分。

无线电频率划分即为规定某一无线电频段供一种或多种地面或空间无线电通信业务, 或射电天文业务在规定的条件下使用, 是无线电频率操作、使用、管理的基础和依据, 不能违反。

国际频率划分表将全球分为三个区域, 第一区包括欧洲、非洲和部分亚洲国家;第二区包括南、北美洲;第三区包括大部分亚洲国家和大洋洲, 我国属于第三区。国际和国内的频率划分通常在一段时间内相对稳定不变, 通常根据无线电技术和无线电业务发展的需要, 集中进行调整和修订。我国最新修订的《中华人民共和国无线电频率划分规定》于2010年12月1日起公布实施。ITU关于2.4~2.5GHz频段三个无线电区的频率划分规定 (见表1) , 中国关于2.4~2.5GHz频段的频率划分规定 (见表2) 。

(3) 无线电频率分配。

频率分配是指批准频率 (或频道) 给某一个或多个国家、地区、部门在规定的条件下使用。我国主要通过下达频率分配文件的形式, 为频率需求部门分配专用频率。根据我国无线电管理条例的规定, 频率分配由国家无线电管理机构统一进行。

(4) 无线电频率指配。

无线电频率指配是国家或地方无线电管理机构根据设台 (站) 审批权限, 批准某单位或个人的某一无线电台 (站) 在规定的条件下使用某一无线电频率。通信范围或服务区域涉及两个以上的省或涉及境外的无线电台 (站) , 由国家无线电管理机构指配频率。在省、自治区、直辖市范围内通信或服务的无线电台 (站) , 由省、自治区、直辖市无线电管理机构指配频率。

3. 使用2.4GHz频段的相关规定

(1) 频率划分规定

由以上两表的无线电频率业务划分可知, 该频段内有多种无线电业务与工科医设备共用, 并用脚注方式做了规定:

表1中的脚注5.150注明:下列频带:2400~2500MHz (中心频率为2450M H z) 也指定给工业、科学和医疗 (ISM) 使用。在这些频带内工作的无线电通信业务必须承受由于这些应用可能产生的有害干扰。在这些频带内操作的ISM设备应遵守15.13款的规定 (详见国家无线电规则) 。

表2中的中国划分表中的脚注CHN28注明:该频段引入的有关IMT应用的国际注脚, 不改变移动业务在划分表中现有业务主次地位。同时, 应尽快研究该频段已划分业务的应用模式、频率使用规划、业务间的兼容共存条件及协调程序。在此之前, IMT应用不投入实际部署使用, 但在2300~2400MHz频段, IMT可在室内使用 (2010年) 。

(2) 对该频段的无线电设备管理 (型号认证) 规定

根据《中华人民共和国无线电管理条例》规定, 无线电管理机构对无线电设

备的研制、进口、生产和销售的管理是其主要职责之一。无线电管理机构对无线电设备管理主要包括无线电发射“设备型号核准”和设备检测等, 目的是从源头上减少和消除干扰源, 重点审核无线电发射设备的发射技术参数。不符合无线电管理规定或相关技术标准, 是扰乱无线电波秩序的主要原因之一。

用户购置设备须知:

⊙设置使用的这类SRD无线电设备, 应当是通过设备检测经国家认可的“型号核准”的设备, 用户采购设备时应确认销售单位是否持有无线电管理机构核发的《无线电发射设备型号核准证》。

⊙购置设备的型号、性能、制式、组网形式等是否符合组网的要求。

⊙应考察设备的真伪、供货期限、设备来源渠道、设备质量、价格以及设备的技术参数等。

⊙考察销售单位的实力信誉、技术力量、维修能力及售后服务等情况, 销售单位应为用户提供可靠的质量保证和售后服务。

(3) 对2.4GHz频段的操作使用等相关规定

为规范微功率、短距离设备 (SRD) 包括2.4GHz频段的无线电设备和业务管理, 国家于1998年、2001年、2002年多次发布相关管理规定, 2.4GHz频段作为无线局域网、无线接入系统、蓝牙技术设备、点对点或点对多点扩频通信系统等各类无线电台站的共用频段, 符合技术要求的各类无线电通信设备在2.4~2.4835GHz频段内与无线电定位业务及工业、科学和医疗等非无线通信设备共用频率, 均为主要业务。

2002年 (信部无[2002]353号) 文《关于调整2.4GHz频段发射功率限值及有关问题的通知》对2.4~2.4835GHz频段无线电发射设备的主要技术指标如等效全向辐射功率 (EIRP) 、天线增益、最大功率谱密度做了明确规定。

2005年 (信部无[2005]423号) 文发布的“微功率 (短距离) 无线电设备的技术要求”中又专门把2.4GHz数字无绳电话调整作为该频段业务, 平均等效全向发射功率限值为25m W, 必须采用跳频工作方式, 且跳频信道至少为75个。另外对其他短距离无线电设备的发射功率限值为10m W (e.i.r.p) 。

同时要求该频段内的无线电发射设备的射频部分与其天线必须按照一体化设计和生产;在该频段内的无线电台站之间产生干扰, 原则上不受保护。另外还规定在大中城市城近郊区等人口密集地区, 不得设置使用点对点扩频通信台站。

三、关于2.4GHz频段的无线电业务及频率使用现状

1. 在2.4~2.4835GHz频段操作使用的无线电业务和设备

⊙多种ISM设备 (微波炉等大量操作使用, 中心频率为2.45GHz) 。

⊙医用微波治疗仪 (一定规模) 。

⊙WLAN (大量操作使用) 。

⊙扩频通信系统 (短距离点对点和点对多点10~20k m) (发执照限制使用) 。

⊙2.4GHz数字无绳电话 (一定规模) 。

⊙蓝牙、RFID等微功率设备 (大量使用) 。

⊙其他微功率设备等。

上述设备制式一般发射功率 (ISM设备除外) 均符合国家规定, 天线的制式、结构及增益指标差异很大, 频率配置、调制方式、信道间隔、保护带不统一。

2. 关于2.4GHz频段的无线电干扰状况

由于该频段属工科医设备与无线电业务共用频段, 无需交频占费的免发电台执照的频段, 设备的品种繁多, 电磁环境异常复杂。在2.4GHz频段内经常有发生干扰的申诉。尽管有法制、有处罚, 但仍存在有同频段电台超标或非法操作等问题。

四、关于2.4GHz频段无线电干扰及典型干扰案例分析

1. 无线电干扰

无线电通信的最大优点是设备操作使用灵活、方便, 而其最大的缺点就是容易受到干扰, 直接影响通信信号质量甚至会造成更为严重的后果, 更可能给人民生命财产安全带来威胁或损失。如我国曾发生多次民航机场的通信导航系统受到干扰的投诉, 迫使有的飞机导航受干扰只能飞到其他机场降落, 有的机场不得不暂时关闭几个小时经过紧急处理干扰之后才使飞机正常起落, 直接造成经济损失并影响到人们的正常生活和工作。结果发现其中有不少干扰是来自一些电台选址不当、发射频率或设备不符合国家标准、发射功率过大以及天线之间距离过近形成互调干扰等多种原因所造成的。

(1) 无线电干扰。

是指发生在无线电频谱内的干扰。当接收机收到无用信号时会导致有用信号的接收质量下降, 出现信息差错或丢失, 甚至会阻断通信, 这就是通常所说的无线电干扰。无线电干扰通常有同信道干扰、邻道干扰、带外干扰、互调干扰、阻塞干扰等。

(2) 来自工、科、医等非无线电设备的干扰。

一些非无线电设备 (如微波炉、热合机、医用微波治疗仪等) 在运行时产生的无线电波辐射, 对无线电台 (站) 会产生有害干扰, 称为非无线电设备辐射干扰。

另外, 从无线电管理和频率指配协调的目的出发, 根据干扰的程度, 一般把无线电干扰分为如下几级:

⊙允许干扰。在给定条件下, 产生的干扰使接受质量下降, 但不明显, 在国际、国内相关规定的范围之内的干扰, 称为允许的干扰。

⊙可接受干扰。在给定的条件下, 产生的干扰使接收质量有中等程度的降低, 由主管部门认定是可以接受的干扰, 称为可接受干扰。

⊙有害干扰。危及无线电导航或其他安全业务的运行, 或严重损害、阻碍或反复阻断正在正常运行的无线电业务的干扰, 称为有害干扰。

(3) 无线电干扰查处的原则。

遇到干扰时, 主要是根据《中华人民共和国无线电管理条例》和ITU (国际电联) 的《无线电规则》相关规定, 当处理无线电干扰时应遵循带外让带内、次要无线电业务让主要无线电业务、后建电台让先建电台和无规划让有规划的原则。但工作在ISM的2.4 GH z频段内的系统之间、无线电台站之间产生干扰, 原则上不受保护。

2. 使用2.4GHz频段的地铁干扰案例分析

(1) 地铁通信和信号系统受干扰“逼停”地铁运营

2 012年11月初短短一个星期内, 深圳地铁2号线、5号线多趟列车多次发生故障, 紧急停运。据了解以前也发生过类似事件, 只是11月故障过于频繁, 引起了人们极大关注。后经现场验证表明, 当列车上带Wi-Fi无线路由器3G手机、便携机等使用达到一定数量时, 就会对使用2.4 GH z共用频段的C BTC地铁信号系统造成干扰。另据称采用CBTC系统的南京地铁2号线也多次因信号干扰造成列车晚点;广州地铁3号和4号线采用的CBTC信号系统也常发生一些不明原因的紧急停车。看来只要是基于2.4GH z频段的CBTC系统, 都回避不了信号干扰问题。我国各地2010年后新建的40多个地铁项目大都采用CBTC系统, 一旦无线信号受到干扰, 都可能会造成地铁晚点或紧急制动。

(2) 地铁通信和信号系统

为保证现代化大客运量城市轨道交通系统列车运行的安全、可靠、准点、高密度和高效率, 实现运输的集中统一指挥, 行车调度自动化和列车运行自动化, 城市轨道交通系统必须配备专用的、完整的和独立的通信系统, 以保证轨道交通系统的正常运行。

包括地铁、轻轨在内的轨道交通通信系统是指挥列车运行, 组织运输, 提高效率, 保证安全, 传输各种信息及公务联络的重要设施。轨道交通的信号系统设施主要用于指挥和控制列车的运行, 尽管其投资在整个地铁工程中所占的比例不大 (通常在3%以下) , 但它对提高列车通过能力、提高运能、保证行车安全有着至关重要的作用。轨道交通信号系统的发展趋势是通信技术与信号系统相结合, 通信信号一体化。基于通信的列车控制系统CBTC就是我国最近几年的城市轨道交通信号系统的主流制式, C BT C系统采用独立于轨道的车-地双向通信设备, 与列车的精确定位技术相结合, 实现移动闭塞的功能。稳定、可靠的车-地双向通信是CBTC信号系统的关键技术, 它有感应环线、无线Wi-Fi、裂缝波导管等多种传输方式, 其中, 无线方式从通信功能、造价和操作维护等方面均具有突出优势, 但易受干扰, 深圳等城市地铁采用的就是具有Wi-Fi通信方式的CBTC系统。

(3) 地铁干扰分析

工作在2.4GHz频段的Wi-Fi设备电磁环境测试实验结果

Wi-Fi是I EEE (美国电气与电子工程师协会) 定义的一个无线网络通信的工业标准 (IEEE802.11) 系列, 是无线局域网的别称。随着技术的发展, 以及IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g, IEEE 802.11n等标准的出现, 现在IEEE 802.11标准已被通称作Wi-Fi。

2.4 GHz频段的短距离无线技术W i-Fi的传输速率可达到11Mb/s, 22Mb/s, 54Mb/s或更高。只要在机场、车站、咖啡店、图书馆以及家庭、办公室等人员较密集的地方设置Wi-Fi网络并接入互联网, 用户即可使用支持Wi-Fi的笔记本电脑、手机或PDA设备高速接入互联网。Wi-Fi采用了系列协议 (见表3) , 其中, IEEE 802.11b/a是20世纪发布的, I EEE 802.11a使用的是5GH z频段, 目前大量使用的是IEEE 802.11g, IEEE 802.11n是近两年刚发布的数据速率更高的新标准。

由于2.4GHz频段是多种无线电业务与ISM设备共用的频段, 电磁环境异常复杂, 因此各国对该频段的电磁兼容性研究非常重视, 国际电联、欧盟和IEEE等国际组织还专门为此组织研究并制定了相关建议。例如, 在IT U-T K.79建议中描述了工作在2.4GH z频段设备的电磁兼容测试结果。

在某机场候机楼20×30米大厅, 布置3台笔记本机, 2个带Wi-Fi功能的手机, 一台AP接入点, 测量结果见图1所示 (详见ITU-T K.79建议) 。类似情况, 在6×10米典型咖啡厅的测试结果是:辐射功率达-27.04d Bm。

工作在2.4GHz频段的微波炉电磁环境测试实验结果

图2为5个W i-F i设备工作在信道6, 微波炉中心频率工作在2 459M H z时的测量结果, 辐射电平最高达-25.96d Bm。

图3为5个W i-Fi设备工作在信道10, 微波炉中心频率工作在2 459MHz时的测量结果, 辐射电平最高达-25.96d Bm。

发生干扰原因

有上述实验测量结果可知, 采用Wi-Fi技术多个设备同时工作在同一地域空间会受到干扰, 随着用户数增加会降低灵敏度、降低数据速率;遇到有微波炉、微波治疗仪等ISM设备会受到干扰甚至不能正常工作。

地铁信号系统主要受来自工作在2.4GHz同频段、同制式的Wi-Fi系统的 (相互) 干扰。当地中国电信、中国联通两大运营商的带Wi-Fi功能的3G目前正在大规模建网运营, 该制式可提供的信道资源最多为3个, 通常建设一个AP点同时能承载二三十个用户。由于几大运营商加上地铁系统在同一个地域空间 (如地铁站大厅) 、同时共同“抢用”这3个信道, 极易发生“同信道干扰”或“邻信道干扰”, 用户达到一定数量后很难做到不互相“干扰”, 轻者造成误码率增大、数据包延迟、数据速率大大降低及通信性能变差, 重者造成信道“阻塞”, 会直接导致地铁信号系统“误动作”致使机车紧急制动。

根据Wi-Fi的标准, 在2.4~2.4835GHz频段内共配置了14个信道 (后两个信道在中国不能用) , 采用直序扩频技术DSSS, 由表1可见, 每个信道带宽为20MHz, 实际发射的“必要带宽”为22MHz。说明这些信道是互相重叠的, 在同一个地理空间最多只能使用三个信道如第1, 6, 11, 若选用其他编号的信道, 最多只能有2个互不干扰的信道。因此, 信道资源不足是地铁通信与信号系统的直接原因;另外, 2.4GHz频段是ISM和多种无线电业务“共用”频段, 电磁环境复杂难管控, 作为“安全度”要求很高的“地铁信号系统”把这段“免费”的无线电频率资源用于地铁信号的数据传输不是好的选择。因为除了来自大量使用的带Wi-Fi的3G手机、笔记本机、无线城市的Wi-Fi等系统干扰外, 城市轨道交通包括地铁和城郊轻轨在内还可能会受到“医用微波治疗仪”、“微波炉”、“2.4G无绳电话”、“塑料热合机”等其他系统和设备的干扰, 通信很不安全。

五、几点建议

(1) 地铁部门应该尽快研究提出《地铁通信与信号系统使用频率需求规划》并申请“地铁专用频率”。

对这种直接涉及“人身安全”的地铁信号系统应该申请分配“专用频点”。但据了解目前即缺乏一套较完整的地铁系统的行业规范、标准, 又缺少一个全国性的“权威”性行业主管部门。全国各地大中城市的地铁基建和投资规模如此之大, 对无线通信频率资源需求如此迫切, 实际上只要行业提出需求, 尽管频率资源紧张, 国家都会尽量想办法予以保障。如近几年审批的交通部的5.8G专用系统, 铁道部的800M数字集群系统和900M的GSM-R专用系统, 以及最近两年北京、天津等地试用的1.4GHz宽带政务专用系统等, 目前都运行良好。

(2) 应鼓励地铁通信和信号系统科技创新。

国外近些年地铁建设很少, 可借鉴的新技术和成熟经验不多, 我国也是随着城市轨道交通大发展于近两三年才开始采用CBTC技术, 应尽快地完善地铁建设与维护的相应标准。必须采取措施进一步提高地铁系统的稳定性、可靠性和智能化程度, 确保快速、准确和人身设备安全。

(3) 地铁系统的信息化建设应纳入各地“智慧城市”、“平安城市”的统一规划。

2.4G技术论文篇4

⑴研究背景。众所周知, 在这个社会中除了我们大多数健康的人外, 还有一些需要关怀和帮助的群体。盲人就是其中之一。据世界卫生组织估计全世界有盲人4000万到4500万。我国有视力残疾患者近1300万。这是一个庞大的群体, 相比与其他的群体, 失去光明的盲人朋友生活更加艰难, 因此他们需要更多的关怀。

⑵制作目的。考虑到盲人群体如此庞大并且日益增多, 并且他们的日常生活主要是出行有很大的不便。我们想制作出一种能够代替眼睛和导盲犬部分功能的物品, 来帮助盲人朋友更方便更自由的生活出行。

2 作品功能介绍

智能电子导盲仪是为了方便盲人出行的电子仪器, 它能用语音来提示盲人躲避障碍物、安全通过红绿灯以及下一步的行走路径。使盲人能便捷安全的抵达目的地。主要功能如下。

功能一:躲避障碍物, 走路更放心。利用蝙蝠的超声波回响原理制作的超声波测距仪测量原始数据, 结合控制核心MCU, 能够准确的计算出周围人或障碍物的距离。当有人或障碍物出现在行走方向两米范围内时, 控制电路进行语音提示或报警, 从而实现室内外小范围避障功能。

功能二:识别红绿灯, 过马路更安全。在固定目的地的路径路口, 不对红绿灯进行干扰和改动的前提下, 安装小型红路灯识别子模块。利用颜色识别传感器进行光谱探测, 。探测数据回送MCU, 经计算分辨出所探测的颜色是否为绿色 (或红色) 。若为绿色则发出可安全通过提示, 红色则提示等待。

功能三:路径指引, 带路到想去的地方。鉴于多数盲人朋友常去的地方不多, 所以采用设定路径导航的方式。提前设定常的地点如公园或某个小区, 在出发地和目的地选择最便捷路径的路口安装红绿灯子模块, 并对模块嵌入位置信息。每当走到一个路口, 子模块利用无线传输送信息至MCU, MCU对信号处理后发出下一步要直行或左右转弯的语音提示信号。

展望功能:语音输入, 路径导航。加入语音输入GPS导航功能, 不再局限于固定路径指引, 想去哪就去哪。通过语音输入, 识别要去的目的地。将信息经MCU传送GPS导航模块, 实现任何目的地的路径导航。由于受GPS精度问题影响, 此功能暂未实现。计划下一步将GPS与地面点对点通信结合, 完成全方位导航工能。

3 制作原理及结构

⑴原理框图

⑵各模块单元解析。1) 测距模块:采用HC-SR04超声波测距传感器。每当主控单片机发出测距指令, 传感器发出八个高脉冲。当发出的声波遇到障碍物是返回, 利用声波发出到返回的时差来计算与物体之间的距离。2) 色彩识别:利用颜色传感器TCS3200采集光线数据, 通过调整光电二极管的滤波匹配方式来得到不同频率。由芯片计算得出所接收光线的RGB, 传送到单片机进行比对判断后得出颜色信息。3) 线收发:采用2.4G无线收发模块进行主机和从机之间的信号传输。主要有距离信号、色彩信号、位置信号以及路径指引信号。4) 语音提示:语音提示功能主要采用ISD1706PY语音芯片进行音频的录制存储, 由单片机结合其它子模块信息进行语音调用, 在不同情况下读取相应的语音信号。

4 创新与应用

据查阅资料了解, 关于电子导盲的课题之前并非无人涉及。但仅之前的局限于简单的避障功能, 并没有实现真正意义上的导盲。而本作品主要致力于对盲人出行的引导, 使导盲仪至少能够比导盲犬更稳定的做到同样的事, 真正实现导盲作用。

此作品的创新点之一在于红绿灯的判别。盲人出行最不便的就是遇到路口, 因为不清楚何时通过红绿灯。因此可利用色彩传感器进行红绿灯的识别, 解决了通过路口的问题。

创新点之二在于导航方式的选择。设计初期曾考虑单纯使用GPS来进行路径导航, 但实际论证表明目前此方法并不可靠。首先仅使用GPS牵扯到定位精度的问题, 对于人体来说范围太大, 不能精确的进行位置判定。其次GPS的搜索也牵涉到语音输入和判别问题, 因此将GPS导航作为后期技术成熟时的最终功能。根据盲人出行目的地的小范围单一性, 设计采用点对点的路径引导方式。利用无线收发方式在途径的每个路口设置检测点, 监测点感应范围在零到三米并且能够进行距离判定, 每到达一个监测点则提示下一步行走方式, 从而以分段两点一线的方式完成路径导航。设计后期可将小范围点对点导航与GPS导航结合互补, 实现精确的全方位无盲区导航。

此作品是按初步设想的方式完成, 实现基本的功能并不需要很高的造价, 而且没有导盲犬的饲养问题。相信经不断改进和完善后应该可以胜任导盲犬的工作, 从而更利于盲人的生活出行。

参考文献

[1]李昊峰.智能电子导盲仪.2013年5月.

2.4G技术论文篇5

围绕着孰优孰劣、谁能一统移动支付格局的问题, 多年来2.4 G和1 3.5 6 M两大标准之间争执不断。2.4 G和1 3.5 6 M是势均力敌的两大标准, 优劣势均非常突出:2.4 G的专利技术大多为国内公司所掌握, 有利于我国在未来的移动支付竞争中掌握主动权, 缺点在于受理环境不成熟, 且工作距离较远, 存在安全隐患;13.5 6 M相对而言比较成熟, 得到金融和多个行业的支持, 适用于开放的通联通用环境, 缺点在于核心技术多由国外公司所掌控。

最终, 出于和国际刷卡环境接轨、保障消费者权益的考虑, 2012年工信部决定移动支付主要采用13.56M标准, 2.4G仅限于封闭环境中使用。

移动支付标准的统一, 结束了过去多年来各大利益主体相互博弈、卡商和芯片商等待观望, 以至于移动支付停滞不前的状况, 自此三大运营商和金融系统统一认识, 开始携手合作推动移动支付的发展。此后, 在13.56M的标准探索和利益妥协过程中, 各方还对NFC-SWP达成了共识, 自2013年以来, NFC-SWP已成为各方发力的主要方向。

然后, 就在移动支付标准之争近乎被遗忘的时候, 工信部的“征求意见稿”再次让2.4G重回人们视线, 似乎意味着2.4G的峰回路转。那么, 工信部为何会重提2.4G?2.4G的市场前景究竟如何?

事实上, 即便13.56 M被确定为移动支付标准, 也并不意味着2.4 G走到了尽头。此前, 中国移动对于2.4 G进行了大量投资, 在小规模范围内形成了使用环境, 加上国内公司在2.4 G上占优势, 因此工信部允许其在封闭环境内使用。

现在重新提及该标准, 茁思迅行企业管理咨询有限公司高级咨询顾问合伙人金峰认为, 与目前国内外安全形势严峻, 以及我国亟需建立属于自己的知识产权体系有密切关系。金峰认为, 目前国际信息安全形势日益严峻, 尤其是斯诺登事件暴露出国际信息解决方案或多或少都会留下窃取信息的后门。而13.5 6 M核心技术为国外所掌控, 一方面存在安全问题, 另一方面需要缴纳巨额的专利费, 芯片等核心产品也由国外厂商所把控, 影响了移动支付的发展。

此外, 从移动支付本身来看, 尽管移动支付的标准得以确认, 但是1 3.5 6 M的N F C发展缓慢, 各方妥协达成的主流标准N F C-S W P, 由于使用起来手续繁琐、成本高昂, 因此推广得也并不尽如人意。

2.4G技术论文篇6

2.4G频段处于2.400~2.485GHz之间,这个频段是国际规定的免费频段,无线局域网Wi-Fi(IEEE802.11b/IEEE 802.11g)、蓝牙、ZigBee等无线网络均可工作在2.4GHz频段上。随着越来越多的公司生产使用2.4GHz频段的产品,部署的设备迅速增加,共享这一频带的射频技术与协议的数目也随之增加,所以工作在此频段的各种无线设备之间难免会出现干扰。2.4G无线信号检测是2.4G无线技术开发的一个重要组成部分,可用于该频段信号的频谱分析。比如一台PC机与无线耳机进行音频传输时,若无线耳机中没有收听到音频信号,此时便需要在传输距离内对2.4G无线信号进行检测,分析其频谱分量和信号成分,以判断空间中是否有干扰或其他问题。

本系统采用Xilinx超高端Virtex-7系列FPGA,是业界密度最高的FPGA(多达200万个逻辑单元),能够满足单芯片信号处理能力的要求以及新一代测试测量设备的逻辑密度、性能和I/O带宽要求。采用Virtex-7系列FPGA平台进行开发,可达到较高的数据处理率,而且可以使系统的可扩展性大为提高。

2 2.4G信号检测系统的设计

我们知道,一个特定的信号有其对应的能量谱,一旦该信号工作的频段内有其他信号的干扰,那么其能量谱必然发生变化。本文正是通过完成信号的能量谱分析来实现检测。

首先将2.4G频段无线信号通过天线接收,进行下变频处理转换成中低频信号(具体由锁相环频率合成芯片ADF4350和正交解调芯片ADL5380配合完成),然后将得到的中低频模拟信号经过A/D转换芯片AD9862变成数字信号,最终通过FPGA进行FFT(为快速傅氏变换,是离散傅氏变换(DFT)的快速算法)处理后可得到信号的能量谱,这样就可以方便分析信号的成分。

系统主要由2.4G信号的接收与解调,锁相环频率合成,双通道A/D转换,基带信号的FFT变换四个部分组成。系统的整体实现方案如图1所示。

2.1接收解调电路的设计

(1)解调芯片的选择

由于要接收的信号频段在2.4〜2.485GHz,所以在选择解调芯片时,应首先考虑其频率覆盖范围,然后是抑制干扰信号能力的大小以及线性度等因素。基于上述考虑,本系统中选用ADI公司的解调芯片——ADL5380。

(2)基于ADL5380的解调电路设计

解调电路如图2所示,将2.4G频段信号由带有SMA接口的天线接收,然后差分处理,将单路信号变为双路的差分信号,以匹配ADL5380的输入管脚RFIN(射频输入负极)和RFIP(射频输入正极),另一方面,差分信号也有抑制共模干扰的优势,然后两个输入引脚各自串接一个100p F的耦合电容。ADL5380工作所需的本振频率由与它相连的锁相环芯片提供,最终ADL5380通过管脚ILO和QLO输出低频信号。

2.2锁相环频率合成电路设计

(1)锁相环频率合成芯片的选择

ADF4350是ADI公司生产的适合射频和微波电子系统中使用的频率合成芯片,内置的压控振荡器(VCO)可以覆盖2200〜4400 MHz的频率范围。

(2)基于ADF4350的锁相环频率合成电路设计

锁相环频率合成电路如图3所示,在FPGA上编程,通过CLK、DATA、LE、CE四个管脚控制ADF4350,使其通过RFOUTB+和RFOUTB-两个管脚输出本振频率,以供解调芯片ADL5380使用。

ADF4350的控制线由时钟CLOCK、数据DATA和写入使能LE组成。用Virtex-7 FPGA控制ADF4350的时序图如图4所示。

写入时钟LE的下降沿提供开始写入的同步信号,LE为低电平时读入DATA线上的数据。LE为低电平时,每次CLOCK的上升沿读取一位DATA线上的信号,移位到芯片内部的移位寄存器里,从高位(MSB位)开始读入。

2.3模数转换电路设计

本系统的模数转换模块选择AD9862,它具有SPI接口(串行数据接口),可方便地与FPGA连接,并通过SPI接口对AD9862的内部寄存器进行读写操作,使其工作在预定的模式。

用Virtex-7 FPGA控制AD9862的时序图如图5所示。在默认时为4线SPI接口,即串行时钟SCLK、串行数据输入SDIO(3线SPI时SDIO是双向数据口)、串行数据输出SDO和使能SEN。每个SPI读写操作都由指令报头组成,每次传送1字节,高位在前。

3实验测试结果

本系统中的锁相环频率合成芯片ADF4350和双通道A/D转换芯片AD9862均为可编程芯片,ADF4350和AD9862均通过SPI接口从FPGA接收控制字,在设计好外围硬件电路后,需要FPGA向ADF4350和AD9862的内部寄存器写入正确的控制字,才能使之完成相应实测试结果分析。