談短距離無線通信技術(shù)

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摘要：在信息技術(shù)不斷發(fā)展的時代背景下，短距離無線通信技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，配合二進制算法和Aloha算法建立的技術(shù)方案，能有效落實無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)通信協(xié)議，從而優(yōu)化技術(shù)應用效果。通過分析目前較為常見的短距離無線通信技術(shù)類型，從軟件設計和硬件設計兩個方面分析其應用方案，最后對功能測試提出了幾點建議。

關(guān)鍵詞：短距離無線通信；讀卡器；通信協(xié)議；功能測試

引言

短距離無線通信技術(shù)的應用和推廣要基于市場需求和定位，配合技術(shù)標準建立對應的技術(shù)規(guī)范模式，并配合認證機制和互通測試環(huán)節(jié)，有效提高市場對于技術(shù)方案的認可度，維護無線通信工作的綜合水平。

1短距離無線通信技術(shù)概述

近幾年，針對短距離無線通信技術(shù)的研究主要集中在藍牙技術(shù)標準、IEEE802.11、紅外技術(shù)標準以及ZigBee技術(shù)標準等方面。

1.1藍牙技術(shù)

支持設備建立短距離通信，一般＜10m，配合相應的設備建立無線信息交換。藍牙技術(shù)能有效建立數(shù)據(jù)和語言接入點，并且替代傳統(tǒng)的電線電纜，最大化提升固定中心信息傳遞的效率。具體技術(shù)參數(shù)如表1所示。

1.2IEEE802.11

IEEE802.11是實現(xiàn)無線網(wǎng)絡設備互聯(lián)的基礎(chǔ)公約類局域網(wǎng)標準。其中規(guī)定由DSSS、FHSS以及紅外技術(shù)構(gòu)成基礎(chǔ)物理層，基礎(chǔ)頻段主要分為2.4GHz頻段和5GHz頻段。在技術(shù)應用過程中，會將RC4加密算法作為安全基礎(chǔ)，配合有限的密鑰管理，吞吐量為11Mb/s和54Mb/s。相較于藍牙技術(shù)，IEEE802.11的應用范圍擴大到室內(nèi)100m范圍、室外300m范圍[1]。其最大的優(yōu)勢就在于無需進行布線處理，有較高的靈活性和便捷性，加之產(chǎn)品的應用范圍廣泛，對應的成本價格適中，因此具有一定的推廣價值。

1.3ZigBee技術(shù)

近幾年，作為低距離和低能耗的代表，ZigBee技術(shù)受到了廣泛關(guān)注，將其應用在自動化控制技術(shù)、傳感技術(shù)以及監(jiān)控平臺中能大大提升地理定位的合理性與及時性，技術(shù)支持的結(jié)構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡層以及應用編程接口，匹配市場和測試需求建立相應的技術(shù)模式。

1.4紅外技術(shù)

紅外技術(shù)是一種基于紅外線建立的點對點通信技術(shù)方案，能被廣泛應用在小型移動設備中，最大的優(yōu)勢就在于應用人員無需建立頻率使用權(quán)的申請機制，配合紅外通信模式就能滿足數(shù)據(jù)傳輸要求，更適宜應用在文件信息量較大與多媒體數(shù)據(jù)傳輸方面[2]。

2短距離無線通信技術(shù)應用方案

在應用短距離無線通信技術(shù)建立對應運行系統(tǒng)的過程中，為了滿足無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的基本需求，就要匹配無線通信任務建立相應的模塊。本文以某企業(yè)井下作業(yè)使用短距離無線通信技術(shù)建立考勤定位管理為例，要結(jié)合模塊應用需求設置對應的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層以及應用層，在滿足數(shù)據(jù)匯總的同時，還能有效發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，提高數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)發(fā)送的時效性。

2.1整體框架

在設計工作中，要保證人員的相關(guān)信息都能借助標簽處理邏輯框架（圖1）完成信息的上傳，匯總到監(jiān)控主機。在通信過程中，標簽并不是單一化的信息接收和發(fā)送，而是要結(jié)合數(shù)據(jù)應用要求配合輸入/輸出匹配網(wǎng)絡建立復位模式，并結(jié)合微控制器完成nRF2401A振蕩回路的處理。另外在實際作業(yè)中分析了無線電波不同頻段衰減數(shù)據(jù)。其中，頻率為150MHz，衰減為113dB/km；頻率為47MHz，衰減為9.8dB/km；頻率為900MHz，衰減為2dB/km；頻率為1700MHz，衰減為1.6dB/km；頻率為4000MHz，衰減為0.7dB/km。結(jié)合數(shù)據(jù)值可知，以數(shù)據(jù)來看頻段越高衰減越小[3]。分析無線傳輸距離，保證綜合設計框架的合理性時使用的公式為：式中，C為信道容量；B為信道寬帶；S為信號功率；N為噪聲功率。

2.2軟件設計

在軟件設計工作中，要匹配不同的收發(fā)模式，結(jié)合數(shù)據(jù)低速送入后完成高速發(fā)射處理，能在節(jié)能的基礎(chǔ)上滿足發(fā)射應用要求和規(guī)范。本文將ShockBurstTM作為收發(fā)模式的代表，在基礎(chǔ)模式應用基礎(chǔ)上，按照自動處理字頭和校驗碼分析的方式，保證數(shù)據(jù)鏈路層能滿足命令數(shù)據(jù)幀的應用規(guī)范[4]。

2.2.1讀卡器的工作流程首先數(shù)據(jù)讀取進行初始化設置，收到上位機的實時性指令，且指令長度在3字節(jié)以上，其次進行集中的校驗分析，若是出現(xiàn)校驗錯誤或者是地址錯誤則重新校驗數(shù)據(jù)，再次讀取數(shù)據(jù)和標簽，最后向上位機發(fā)送獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在整個應用流程中，單片機配合雙通道接收模塊就能維持綜合數(shù)據(jù)處理效果，確保頻率設定參數(shù)的合理性和規(guī)范性。單片機在USART查詢時就能了解串行數(shù)據(jù)，若是顯示0則繼續(xù)等待，若是顯示1則表示上位機系統(tǒng)已經(jīng)接收信息并且將指令傳輸?shù)綄獑纹瑱C上。只有保證發(fā)射對應的命令字或者是數(shù)據(jù)，才能滿足標簽響應要求[5]。

2.2.2標簽程序基本流程在標簽應用過程中，初始化單片機和單通道模擬發(fā)射模式形成配合機制，有效進行頻率處理，具體流程如下。（1）初始化設置；（2）定時器延時設置；（3）時間到則進行單片機退出休眠處理，時間未到，則向讀卡器發(fā)送對應的數(shù)據(jù)請求，獲取讀卡器的相應命令；（4）在獲取命令后，分析命令字的情況。若是有按鍵要求，則尋找上位機，不成功則指示燈不停閃爍，成功則響應上位機指令后指示燈閃爍并在30s停止。若是收到廣播指令或者是單片機命令指令，則相對應的數(shù)據(jù)信息情況要按照30s接線方式完成工作；（5）進行電量的實時性檢測分析；（6）完成收發(fā)模式的轉(zhuǎn)換，單片機進入休眠狀態(tài)。綜上所述，在軟件系統(tǒng)設計的過程中，要結(jié)合單片機平臺的特點，發(fā)揮短距離無線通信技術(shù)的優(yōu)勢，提高無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)運行的可靠性，并對讀卡器和標簽等功能模塊進行程序化的設計處理，維持綜合應用效果[6]。

2.3硬件設計

在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，利用單片機控制程序設計環(huán)節(jié)提高信息處理效果。鑒于要維持特殊場合應用的可靠性標準，且滿足低能耗的具體要求，在軟件設計方面，要落實相匹配的選型工作。將功耗參數(shù)、發(fā)射功率參數(shù)、接收靈敏度以及芯片成本等作為選擇依據(jù)，最終選取nRF2401A芯片。其由頻率合成器、功率從放大器以及晶振等共同組成，工作速率為1Mb/s。無線收發(fā)芯片基于Chipon’sSmartRF技術(shù)，實現(xiàn)射頻發(fā)射、射頻接收以及FSK調(diào)制解調(diào)，配置10～20個頻點，才能更好地完成校準處理。綜上所述，配合硬件設計，要充分提高核心芯片的應用效果，并選取匹配的電路設計模式，完成電路原理圖的分析，保證對應工序的最優(yōu)化，發(fā)揮短距離無線通信技術(shù)的應用效果[7-10]。

3短距離無線通信技術(shù)應用功能測試

在完成相應模塊分析工作后，就要結(jié)合技術(shù)要求和匹配的應用處理方案進行功能測試，確保能搭建更加合理的無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，從而維持通信的可靠性。

3.1功能測試

結(jié)合系統(tǒng)功能的設計目標，測試標簽讀取功能和群呼標簽功能。

3.1.1標簽數(shù)據(jù)功能測試選取19個標簽，完成卡號輸入，按照16進制數(shù)完成標識數(shù)據(jù)的初步處理，并且保證相應的數(shù)據(jù)可以被讀卡器予以讀取分析。然后將對應的標簽放入讀卡器射頻技術(shù)應用范圍內(nèi)，自動完成卡號無線傳輸，并集中歸納在總線上完成數(shù)據(jù)的保存，在完成緩沖區(qū)管理后等待上位機指令信息（圖2）。結(jié)合數(shù)據(jù)可知，無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)通信和功能應用模式合理，并且大大減少了標簽之間的數(shù)據(jù)碰撞概率，能利用再次接收完成碰撞數(shù)據(jù)的回收。

3.1.2讀卡器群呼功能測試發(fā)送群呼指令，結(jié)合指示燈閃爍情況進行控制，30s后自動停止，轉(zhuǎn)變?yōu)檎＿\行狀態(tài)，說明群呼功能有效。

3.2距離測試

在室內(nèi)和室外進行了通信測試對比分析。室內(nèi)測試的距離為30m時，傳輸15次，成功15次；測試距離為50m時，傳輸15次，成功15次；測試距離為80m時，傳輸15次，成功15次。室外測試的距離為30m時，傳輸15次，成功15次；測試距離為70m時，傳輸15次，成功13次；測試距離為100m時，傳輸15次，成功7次。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)可知，相較于室外，室內(nèi)的成功率更高，因此數(shù)據(jù)傳輸設備在室內(nèi)完成數(shù)據(jù)傳輸更加可靠和有效。主要是因為室外存在輻射效應和多徑效應等，都會在一定程度上影響其傳輸效果[8]。

4結(jié)論

短距離無線通信技術(shù)是順應時展趨勢的必然選擇，要想發(fā)揮其應用優(yōu)勢，就要落實匹配的技術(shù)應用方案，完善硬件處理和軟件處理平臺，打造更加合理的接口模式，依據(jù)標準電路應用要求滿足低能耗環(huán)保標準，為通信技術(shù)可持續(xù)健康發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

參考文獻：

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[10]張方奎，張春業(yè).短距離無線通信技術(shù)及其融合發(fā)展研究[J].電測與儀表，2007（10）：48-52.

作者：姜世明 陳周天 孟琦 劉宏宇 單位：中國移動通信集團設計院有限公司