无线通信技术论文

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无线通信技术论文范文第1篇

社会发展和国民经济的信息化，人们开始在传统的工作方式、商贸方式、思想交流方式、管理模式、金融方式、医疗系统、文化教育方式、以及生活消费方式等上开创新的信息化开展。从制造材料，从最开始应用短波频和电子管技术到MTS系统，到20世纪50年代的UHF450MHZ，到过渡至半导体，70年代的800MHZ，至现如今的适应于移动数据、移动多媒体运作和移动计算机，通信技术也从单纯的主要运用于军事应用扩大至现在的个人通信业务。第三代移动通信正式崛起，向全球标准化发展。

无线通信技术信息沟通的灵活性，以及其在全球无缝覆盖的特性，使其成为当今世界最具竞争力的通信方式。目前的无线通信技术根据其传输的距离大致可以分为以下四种：WPAN、WLAN、WMAN、WWAN。长距离的无线接入技术代表有GSM、GPRS、3G，短距离的无线接入技术大致包括WLAN、UWB等。当前的主流无线通信技术还是以OFDM+MIMO为核心的通信技术，以B3G、WiFi、WiMAX、WMN等四种为主。除了这几种逐流无线通信技术外，还存在着IrDA、RFID、UWB、Bluetooth、集群通信等短距离内的通信技术和MMDS、LMDS、卫星通讯、点对点微波等长距离通信技术。而我国现无线通信技术还是以中国联通和中国移动两大公司所提供的2G业务服务为主，主要包括的是人们所熟知的语音、电子邮件、数据、网页浏览等，电信企业也推出了3G无线网络TD-SCDMA，在接入方面，多个用户可以通过WLAN技术实现Internet共享的高速接入。高接入速率的无线技术在我国还停留在技术研究阶段，没有实质性进展，在这一方面，自主知识产权的无线通信技术还需大规模发展。在网络应用上，大中城市的使用率和覆盖率还需要大力提高，特别是高速无线接入的应用。

21世纪的通信技术还处于关键的转折期，现目前的无线通信迈入大规模发展阶段，呈现向宽带多媒体和数据领域转变的态势，在未来的十年内，无线通信技术还将朝着分组化、个人化、综合化、分组化、多元化飞速发展。就目前看来，无线通技术的发展十分火热，正以向高宽带、大范围快速跃进。将来，无线通信领域还可能会出现对无线通信产业有着更加强大推进作用的新技术。但就目前来看，对于无线通信技术，我们应有一个科学理性的态度正确把握，我们对宽带无线接入技术发展应该有一个理性的态度和科学的把握。无线通讯技术走向趋势呈现出一下几个态势：

首先，就目前的通信领域来看，无线通信技术使用区域、技术特点、和接入速率存在一定的分化，在未来的发展中，各种通信领域的互补性会更加明显。如现在人们比较熟悉的WLAN、3G、UWB等，在互补效应上会更加成熟。WLAN更利于结局中等举例的较高数据接收，3G则更加适应强漫游和广域无缝覆盖的移动需求，而UWB则以低发射率、高传输速率、抗干扰能力强、结构简单和安全性高的为优势，可帮助实现短距离的高速无线连接。未来的无线网络将是一个综合一体化的系统，各种无线通信技术各自发挥作用，大范围来看，3G或者超3G技术将成为该领域主导，而UWB、WLAN等技术则因各自不同的技术特点在相应的区域和覆盖范围内，与3G形成有效互补。因此，我们应当在各种无线的接入和组网的一体化，以及接入手段的多元化上做进一步的尝试和推进发展，更加利于实现不同客户群的需求，实现业务多元化和市场的细化，进一步平衡移动通信的发展状况，同时也达到合理规划无线通信网络和资源有效配置及利用的目的。将无线通信技术演变成为推动社会市场经济发展的强大动力。

第二，单纯从公众移动通信的发展来看，3G已成为现目前全球移动网络发展的趋势。欧美发达国家早已不采用以发展用户数量的模式来实现利润的增长，他们更希望可以通过3G网络搭建更大、更广、更全面的业务平台。就这方面，他们的经验值得我们借鉴。据GSMA和CDG的数据显示表明，目前全国已有超过86%的运营商已提供了3G服务，全球3G用户已高达11.6亿。动态观察显示，3G走势还在继续上升。新兴经济体系为3G发展所作出的重要贡献已被普遍认可。据调查，仅2010年上半年，全球3G用户的增长率就高达37%，其中中国是94.1%。有机构作出这样的预测：今年全球将会有一半以上的3G手机用于新兴市场。3G商务网络部署的启动，也在一定程度上给我们以提示，培育新兴的移动市场将是移动业界所面临的巨大机遇之一。

第三，信息业下一步的发展方向必然是以适应个人商务、工作的，移动IP的信息个人化将成为重要技术手段之一，IP应用载体多元化、移动IP技术逐渐被人们所关注，这预示着无线通信技术与IP技术的组合也是未来通信技术的发展趋势之一。鉴于技术、市场需求和技术上的要求，融合异构网络的链接，已经很有必要。网络的融合可以体现在接入网、核心网、业务和终端的融合等。不同的网络接入需要起协同工作作用的无线漫游存在，具有重配置的能力也就成为未来通信终端所必须具备的，也就是通信与计算的融合体。通信终端不在需要用户的干预操作，即可根据客户需求，综合分析，匹配多种无线网络的接入，实时监测网络服务情况，自动完成网络检测感知和选择、软件下载升级更新等工作，集合IP业务和非IP业务，语音、数据和图像等的综合，多MAC接入，无线传输的综合，服务模式的选择等等。

无线通信技术论文范文第2篇

关键词：超宽带（UWB）脉形调制（PSM）正交改进型hermite脉冲

超宽带（UltraWideBand）作为一种新型的无线通信技术与传统的通信方式相比有着很大的区别。由于它不需使用载波电路，而是通过发送纳秒级脉冲传输数据，因此该技术具有发射和接收电路简单、功耗低、对现存通信系统影响小、传输速率高的优点，此外它还具有多径分辨能力强、穿透力强、隐蔽性好、系统容量大、定位精度高等优势。根据FCC的规定，从3.1GHz～10.6GHz之间的7.5GHz带宽频率都将作为UWB通信设备所使用。但出于对现存无线系统影响的考虑，UWB的发射功率被限制在1mW/MHz以下。

UWB是一种可以为无线局域网LAN、个人域网PAN的接口卡和接入技术带来低功耗、高带宽并且相对简单的无线通信技术。它解决了困扰传统无线技术多年的重大难题，开发了一个具有对信道衰落特性不敏感、发射信号功率普密度低、不易被截获、复杂度不高等众多优点的传输技术。该技术尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入和军事通信应用中。

图1

1基本概念

超宽带（UWB）又被称为脉冲无线电（ImpulseRadio）,具体定义为相对带宽（信号带宽与中心频率的比）大于25%的信号，即：

Bf=B/fc=(fh-fl)/[(fh+fl)/2]>25%(1)

或者是带宽超过1.5GHz。实际上UWB信号是一种持续时间极短、带宽很宽的短时脉冲。它的主要形式是超短基带脉冲，宽度一般在0.1～20ns，脉冲间隔为2～5000ns，精度可控，频谱为50MHz～10GHz，频带大于100%中心频率，典型点空比为0.1%。

传统的UWB系统使用一种被称为“单周期（monocycle）脉形”的脉冲。一般情况下，通过随道二极管或者水银开关产生。在计算机仿真中用高斯脉冲来近似代替它。由于天线对脉冲的影响不同，所以可以假设发送脉冲为：

而接收端收到的信号为：

tc是脉冲的时移，2tau为脉冲的宽度。图1给出了发射脉冲和接收脉冲的时域脉形。

2UWB的性能特点

超宽带有别于其它现存的一些通信技术，其最根本的区别在于无需载波，大大降低了发射和接收设备的复杂性，从根本上降低了通信的成本。

UWB的优点可以归纳为以下八个方面：

（1）无需载波，发送和接收设备简单。由于UWB信号是一些超短时的脉冲，其频率很高，所以它不象传统的基带信号那样需要将其调制到某个发射频率上才能在信道中传输。因此，必然会使发射机和接收机的结构简单化。

图2

（2）功耗低。由于UWB信号无需载波，工作在频谱的电子噪声波段，所以它只需要很低的电源功率。一般UWB系统只需要50～70mW的电源，而这只是移动电话的百分之一，蓝牙技术的十分之一。

（3）传输速率高。极宽的带宽使UWB具有很高的传输速率，一般情况下，其最大数据传输速度可以达到几百Mbps～1Gbps。美国英特尔公司于2002年4月在“IDF2002SpringJapan”上对该技术进行了演示，在数米的距离内传输速率可达100Mbps。

（4）隐蔽性好，安全性高。由于UWB信号的带宽很宽，且发射功率很低，这必然使该项通信技术具有低截获能力LPD（LowProbabilityofDetection）的优点。另外超宽带还采用了跳时TH（TimeHopping）扩频技术，接收端必须在知道发射端扩频码的条件下才能解调出发送的数据信息。

（5）多径分辨能力强。从时域角度看，超宽带系统采用脉冲宽度为几纳秒的窄信号，因此具有很高的时间分辨力，相应的多径分辨率小于几十厘米；从频域的角度分析，由于UWB信号的带宽极宽，所以信号在传输过程中出现频率选择性衰落出现是一定的。然而正是因为极宽的带宽，多径衰落只在某些频点处出现，从整体上考虑，衰落掉的能量只是信号总能量很小的部分，所以该技术在抗多径方面仍具有鲁棒性。

（6）系统容量大。香农公式给出

C=Blog2(1+S/N)(4)

可以看出，带宽增加使信道容量的升高远远大于信号功率上升所带来的效应，这一点也正是提出超宽带技术的理论机理。

（7）高精度的距离分辨力。由于超宽带定位设备的时间抖动小于20ps，如果采用GPS相同的工作原理和算法，相应的距离不确定性小于1cm。而在实际应用中，超宽带雷达系统使用的超窄脉冲信号，其距离分辨率小于30cm。

（8）穿透能力强。在具有相同带宽的无线信号中，超宽带的频率最低，因此，它在具有大容量和高距离分辨率的同时相对于毫米波信号具有更强的穿透能力。

3UWB信号的调制方式

UWB的调制方式有许多，以脉冲调制PPM（PulsePositionModulation）为例作为一个举例分析。

首先定义一个单周期脉形：

s(k)代表信号kth,w(t)为传输的单周期脉冲。

将其移至每一帧的开始：

Tf代表脉冲重复周期，j表示第j个单脉冲。

加入伪随机跳时码：

最后加入调制数据：

其中，d(k)是信息数据，δ为时移。为了满足多用户的需求，提高通信的安全性和对系统功率谱密度PSD（PowerSpectralDensity）的考虑，引入了跳时码，下面就从功率谱密度的角度来分析这个问题。

假设采用图1（a）给出的高斯单脉冲作为发送信号，且只是一串周期性的脉冲序列，由于时域信号的周期性导致其频域出现了强烈的能量类峰，这些类峰将对现存传统的无线信号造成干扰。因此需要采取某种措施将其平滑。如果采用PPM调制对脉冲的位置做出调整，可以看到：由于调制的置乱效果，频域的尖峰得到了一定的控制，但此时仍比较明显。为了进一步降低类峰的幅度，引入跳时码，这样发送信号的功率谱就会得到进一步的平滑，几乎近似于背景噪声，这也正是UWB系统能与现存无线系统并存的原因之一。图2给出了上述不同信号的PSD图和引入跳时码后的时域波形。

除PPM外，UWB信号还可以采用脉幅调制PAM（PulseAmplitudeModulation），开关键OOK（On-OffKey）和二相移键控BPSK（Bi-PhaseShiftKey）等。在接收端，单脉冲信号可以通过相关技术实现可靠接收。实际应用中常使用相关器（correlator），它用准备好的模板波形乘以接收到的射频信号，再积分就得到一个直流输出电压。相关器输出的是接收到的单周期脉冲和模板波形的相对时间位置差，从输出中寻找时间位置差为0的即为要接收的信号。

为了追求更高效率的信息传输，近来人们提出了一种新型脉冲调制方式——脉形调制PSM（PulseShapeModulation）。PSM就是对脉冲的形状进行调制从而实现信息的载荷，因此脉冲形状的选择是十分重要的。它的提出得益于人们对hermite多项式的研究。由于hermite多项式的数学表达式与高斯单脉冲很接近，而且随着阶数的变化，波形的持续时间不会有很大的变化，因此人们便想到了用hermite多项式数的变化产生形状各异的脉冲，实现多元化的调制。为了寻求正交的波形，需对hermite多项式进行修正，即：

经过改动之后，便可以得到彼此正交的各阶hermite多项式了。这时可以在发送端同时发送n个不同形状的单脉冲，正交性使其互不干扰，接收端用相关接收技术即可把每一个信号分离出来。

图3给出了改进型hermite多项式时域波形。与此同时还可以通过搭建simulink电路得到想要的各阶hermite多项式脉冲。如图4给出了搭建电路和仿真波形。在simulink电路中，Hermite多项式的阶数由脉冲阶数单元控制，示波器1、2给出相应阶数和相应阶数减1阶的hermite脉形。

传输效率的提高带来系统性能的下降，这是许多系统所不能容忍的，因此需要进行编码。首先在形域采用BCH（7，4）对信号编码，这样一来传输速率是单脉冲的4倍，而误码性能则与单脉冲基本相同，随后在时域对信息帧进行BCH（31，11）编码，使性能进一步提高，最后还可以在时域和形域联合编码，误码性能会得到大幅度的改善，而传输效率仍然高于单脉冲系统。性能曲线如图5所示。

4应用前景和发展方向

凭借自身的众多优势，超宽带技术具有广阔的应用前景，UWB首先在美国军方和政府部门得到了实质性关注，并迅速应用于美国军队的无线电台组网（Adhoc）和高精度雷达检测系统中。2002年2月FCC准许UWB技术进入民用领域，条件是：“在发送功率低于美国放射噪音规定值-41.3dBm/MHz（换算成功率则为1mW/MHz）的条件下，可将3.1G～10.6GHz的频带用于对地下和隔墙之物进行扫描的成像系统、汽车防撞雷达以及在家电终端和便携式终端间进行测距和无线数据通信”。尽管该技术在应用中有如此多的限制，但它仍受到广大电信开发商的青睐。TimeDomain和MultispectralSolutions等公司已经向IEEE-802.15委员会提出了采用超宽带技术的议案，众多公司的研究部门乃至学校也都将该技术的研究提到了日程中来。许多现已成熟的技术纷纷与UWB进行结合，如UWB-OFDM、UWB-Adhoc、UWB-Wavelet、UWB-Neuralnetwork等，有的公司甚至已经利用这些技术生产出了实际的民用产品。

图4

笔者把超宽带技术的应用归纳为短距离无线通信、雷达探测和精确定位三个最主要的方面。其中在短距离无线通信中可用于密文传送、音/视频流传输、射频标签识别以及无中心自纺织网络（Adhoc）的物理层等领域；雷达方面主要用作防撞雷达检测、精密测高学、穿墙成像和探地雷达系统；精确定位则可用于资源跟踪和全球定位系统GPS（GlobalPositionSystem）。由此可见，UWB技术的背后蕴藏着巨大的商机。

当然，超宽带技术若要真正用于人们的日常生活，还有许多极具挑战性的课题，这也是超宽带技术近来乃至今后很长一段时间内研究和发展的方向。

（1）建立时域内的超宽带无线电发射器的模型，从时域角度设计天线的传输函数；

（2）研究超宽带信号产生和基本功能的优化；

（3）研究低电平赶宽带无线电信号集合而千万的干扰，有效平衡功率和通信范围的关系；

（4）超宽带跳时码的研究；

（5）研究移动Adhoc网络协议和路由协议，将超宽带技术应用于分布式的网络结构、盲捕获和自配置功能中；研究适用于超宽带类似于“蓝牙”系统的组网协议；

（6）研究基于超宽带无线电传输技术的无线IP协议；

（7）研究超宽带无线电的测试技术，包括传输信道的测试、估计、信道模型等。

无线通信技术论文范文第3篇

蓝牙无线通信技术设计之初就是要使得电子设备和数字移动设备之间无需电缆就能实现连接,解决不兼容设备之间不能实现通讯连接的问题。由于无线技术设备所占的体积比较小,能耗很少,很多对数据传输速率要求不是很高的数字和电子设备来说都会首先考虑使用蓝牙技术进行通讯。蓝牙无线通信技术的的广泛应用主要有以下特点:

1.1适应范围广

蓝牙无线通信技术之所以能够在全球范围内广泛使用就在于其工作频段的范围,由于蓝牙技术研发之时选择在全球统一开发的2.4GHz医学、工业和科学ISM频段,全世界范围内多数国家所使用的SM频段是在2.4到2.4835GHz之间,SM频段包含在全球统一的频段之中,各种在使用蓝牙无线通信技术的时候可以不受限于其所在地区的无线电资源部门的许可与否皆可使用。

1.2可同时传输语音和数据

蓝牙采用的是分组交换和电力交换技术,支持异步数据信道、三路语音信道或者语音和异步数据同时传输的信道。除此之外,蓝牙定义了面向同步链接链路SCO以及异步无连接链路ACL两种链路类型,其中ACL主要负责数据的传输,而SCO主要负责语音传输。也就是说蓝牙无线通信技术可以同时进行语音和数据的传输。

1.3能实现临时性对等链接

蓝牙设备在进行对等连接的时候,主动发起连接请求的一方为主设备,被发起连接请求的一方为从设备。蓝牙的基本网络为由链接通信组成的微微网,当一个微微网形成时有一个主设备和主设备以外的一个或者多个从设备。

1.4抗干扰能力强

蓝牙无线通信技术具备良好的抗干扰能力主要在于其使用跳频的工作方式来进行频谱的扩展。现在很多生活中使用的电器设备、局域网和无线设备等会在ISM频段工作,这就和蓝牙设备所在的频段可能会有冲突,这样的情况下,蓝牙设备将2.402到2.48GHz的频段分割成79个频点,相邻频点之间间隔1MHz,数据分组在任意频点发出之后继续跳到另一个频点发送,并且频点的选择顺序没有规律性,频率改变为1600次/s每个频率只持续625μs,由此,蓝牙设备的工作就不会受到其他设备的频段的干扰。

1.5体积小,功耗小

现在电子设备的更新换代越来越快,体积越来越小越来越薄,所以这些设备中的蓝牙模块的体积也需随之改善,以便更好的集成到各种电子设备中去。蓝牙设备的耗能会根据其工作状态的不同会有所增减,处于工作状态的蓝牙一般耗能不多,而非工作状态下的呼吸模式(Sniff)、保持模式(Hold)、休眠模式(Park)消耗的能量较之更少。也就是说,蓝牙设备的体积比较小而且使用的时候均为低耗能模式。

1.6开放接口标准,成本低廉

在蓝牙无线通信技术推广的过程中,SIG将该技术各种标准向全世界公开,所以,企业在研发和生产产品的时候要是能够兼容SIG的蓝牙产品,那么这样的产品在市场上的适用性就更强,与此同时,蓝牙相关的应用程序也随之得到极大的推广。在这样的背景之下,蓝牙技术得到广范围的普及,制造蓝牙产品所需的投资也很大程度上降低了。

2蓝牙无线通信技术的应用

蓝牙无线通信技术的研发初衷就是要在尽可能多的领域实现数字移动设备之间的非电缆的无线通讯连接和相关数据的传输,很多数字和电子设备之间的联网信息能够实现实时的共享,蓝牙技术让设备的功能得到一定范围内的扩充。加之,蓝牙设备大多是成本比较低且体积比较小的集成模块,将其集成于电子设备中之后有利于形成了一些应用模型的出现。无线键盘和鼠标是以电子计算机为连接中心的无线连接;一台打印机可以覆盖多台计算机的打印任务或者其他资源的共享;掌上电脑、数字照相机、智能手机可以通过打开蓝牙无线连接电脑进行信息数据的传输;办公室多台电脑通过蓝牙形成一个无线网络局域网;以及可以实现无线语音通信的新型的蓝牙扩展技术,如无线耳机的应用;集成蓝牙技术的电子小设备,腕表、车钥匙、电子笔等的应用也涉及到各个领域。这些都是对蓝牙无线通信技术的很好应用。蓝牙技术可以通过网络接入点和拨号上网两种方式连接互联网,拨号上网可以让便携式计算机通过移动电话接入internet,蓝牙无线网络接入还可以作为公用电话交换网的接入点使用,这有利于家用电器的无线组网和网络控制,使得上网更加方便快捷。

3蓝牙技术的应用前景的新思考

3.1蓝牙所产生的电磁波对于人的身体健康不会有伤害

因为蓝牙设备在工作的时候起功率比较低,向对的,移动电话这样的高功率设备一般都会产生有损人体健康的电磁辐射,所以集成蓝牙设备的各种类型的电子装置将有很好的应用市场,比如用蓝牙耳机代替手机听筒进行手机对话将会减少手机辐射对大脑的影响。

3.2红外线技术应用的时候会受制于红外线两个传输口的位置和防线

而蓝牙技术则能够突破这样的限制,将其适用范围拓展到三维立体覆盖的面,能够在一定范围内自动的识别和连接设备。除此之外,蓝牙无线通信的1MB/s的速度比红外线技术快,也就是说蓝牙技术相比较于红外线技术能够适用于更多的场合和更复杂的环境。鉴于这些特征,在工业自动化控制领域很多需要立体空间多方位的移动产品的检索识别、信息采集和数据整合等工作都得应用到蓝牙设备。

3.3在信息技术时代,蓝牙技术在电子传感器的信息传输方面应用广泛。

由于蓝牙技术的短距离数据传输速度快、不受限于方向和位置,所以能够将各类传感电子元件采集到的信息通过布设的线缆传输到处理单元;蓝牙技术可以使得小范围内的设备间视频传输变得更加快捷。从音频到视频的扩展完全可以在众多的应用领域得到实现,完全不受限于多媒体的类型。

无线通信技术论文范文第4篇

关键词：可穿戴计算机蓝牙CPRS(通用分组无线业务)USB(通用串行总线)

近年来，可穿戴计算机(WearableComputer，WearComp)悄然成为研究热点，发展势头非常迅猛。可穿戴计算机技术打破了传统的交互模式，使人与计算机成为一体，提高了人的整体交互和计算能力。它提供了一种无处不在的计算和无时不有的交互方式。

可穿戴计算机系统的硬件在应用的促进下得到了长足发展。基于其特点，可穿戴计算机的各个组成部分(终端设备)一般都处于分置状态，即“穿戴”在人体的不同部位。传统的WearComp一般是利用线缆将各终端设备连接到主机的各种接口，使穿戴人肢体活动受到限制且主机的端口显得比较冗杂。而将以蓝牙(Bluetooth)以及GPRS技术为代表的无线通信技术引人可穿戴计算机中，可以进一步使可穿戴计算机的交互方式向移动性、可获取性、自然性和简洁性发展。相对于传统的有线接口方式，无线方式的设计则更具有人性化。其中，蓝牙技术解决了WearComp中各终端设备与主机的通信问题，除去了众多线缆对人的束缚；GPRS技术使得WearComp能够轻松地享受电信服务商提供的各项无线通信业务，且时时在线。另外，蓝牙和USB总线技术的应用使得传统可穿戴计算机过于冗杂的主机接口得以精简。在这些基础上，笔者提出了一种无线通信技术在可穿戴计算机中的应用。

1可穿戴计算机

随着计算机及相关元器件不断超微型化的发展，可穿戴计算机应运而生，是人们追求“计算机以人为本”这一理念和市场需求的必然产物。WearComp是计算机方面具有挑战性的前沿研究领域，是继PC机、笔记本电脑和掌上电脑之后的新一代计算机，也是计算机的尖端技术产品。它拓展了计算机的功能，开辟了新的应用领域，用途广泛，市场潜力巨大。作为新一代计算机(而不是新的机型)，可穿戴计算机将形成一个新的产业，并将深刻地改变计算机市场的竞争格局，其社会和经济效益不可估量。

可穿戴计算机在许多领域具有特殊用途，可广泛应用于工业、军事、情报、新闻、医疗、商业、农业、金融与证券、抢险与救灾乃至日常生活等领域。它与UC技术、智能化住宅、智能化商业、智能化交通等相结合将使未来人类的生活方式发生巨大的变革，进入一个高度数字化和自动化的时代。工业是目前最有潜力的应用领域之一，特别是在室外、野外、水下等一些特殊场合，可穿戴计算机将发挥非常重要的作用。例如：大型复杂设备的安装与检修、巡视与检查、采掘、野外勘探等。军事是目前可穿戴计算机另一个最具潜力的应用领域，主要用于侦察、作战指挥、通信、复杂武器系统的操作与维护及仿真演习等。根据不同的用途，可穿戴计算机的种类也是多样化的，分别有侦察兵、炮兵、装甲兵、步兵、后勤人员及飞行员等专用的可穿戴计算机[1]。

可穿戴计算机的主要组成部分包括低功耗嵌入式CPU、多种多样的便携式外设及其接口设备和能量高体积小的电源；基本外设主要有输出设备和输入设备。为了便于携带，输出设备用头盔显示器或眼镜显示器代替了传统的桌面台式显示器，输入设备用语音控制或较少按键的袖珍键盘代替了传统的键盘。另外，根据用户不同的需求，还需配备相应的外部设备，如无线通信设备、语音输入输出设备、图像采集设备、全球定位系统(GPS)以及各种各样的传感器。然而，为了将众多的外设集成在一起，必需将相应的接口电路集成在主板上。所以接口电路设计技术是可穿戴技术中关键技术之一[2]。

可穿戴计算机使人机关系变得非常紧密。同时，由于各种设备装备在人的身上，因此，安装的位置、形状、操作的便捷性等都要与人的自然属性密切结合，形成一个综合的、和谐的人机界面。这对新一代人机交互的研究提出了新的挑战。蓝牙技术的日渐兴起为实现人机交互方式的最大自由度提供了一个很好的解决方案。

2蓝牙技术在可穿戴计算机中的应用

2．1蓝牙技术概述

蓝牙是短距离无线数据的开放性规范。它以低成本近距离无线连接为基础，为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。蓝牙技术最初以取消各种电器之间的连线为目标。随着研究的深入，蓝牙技术已经用于实现网络中的各种数据及语音设备之间的无缝资源共享，以及工业控制网络之中。

蓝牙体系主要由蓝牙主机和蓝牙模块两大结构组成。蓝牙模块中最下层是无线电(Radio)，负责最终的物理链接，包括信号的调制、发送和接收。

基带(Baseband)：负责基带链路控制器的数字信号处理规范。基带链路控制器负责处理基带协议和其它一些低层常规协议。基带链路控制器中包含三种纠错方案：1／3比例前向纠错(FEC)码、2／3比例前向纠错码、数据自动重发请求(ARQ)方案。

链路管理层(LinkManager)：携带了链路的数据设置、鉴权、链路硬件配置和其它一些协议。LM能够发现其它远端的LM并通过LMP(链路管理协议)与之通信。

主机控制接口(HCl)：通过主机控制接口HCI，可以方便地把蓝牙模块嵌入到各种数字设备中作为一个终端。

应用层：在蓝牙主机上，是一些应用程序。

2．2蓝牙无线个域网

无线个域网WPAN的目的就是为了在小范围内能够将个人设备互联而组成网络。蓝牙作为一种小范围无线连接技术，能够在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据和语音通信，是目前实现无线个域网的主流技术之一。

蓝牙个人区域网PAN有两种应用模型：一种被称为组网络GN(GroupAd-hocNetworking)；另一种被称为网络访问点NAP(NetworkingAccessPoint)。这两种实现模式分别有不同的网络结构和协议模型[3]。组网被设计用来允许一个或多个蓝牙设备组成一个局域网络，而网络访问点提供蓝牙设备进入Intemet网络的能力。无论是NAP还是GN都必须提供与TCP／IP和其它网络协议的无缝实现。图1是GN在协议栈部分图示[4]。

根据可穿戴计算机将组成的个域网的特点，采用组网络模型显然是比较合适的。

2．3WearComp蓝牙个域网系统实现

2．3．1系统结构

下面以从事抢险救灾技术勘察工作人员的可穿戴计算机为例，具体介绍蓝牙技术的应用。根据工作人员的实际需求，该套可穿戴计算机应具有头戴显示器、耳机、耳麦、微型摄像机、手写输入板、腕式键盘和无线通信模块等外设。

根据蓝牙个人区域网PAN的组网络GN模式，笔者设计的可穿戴计算机系统结构组成如图2所示。其中各个终端设备和主机均内置了蓝牙模块。

2．3．2可穿戴计算机终端设备和蓝牙技术集成的实现

蓝牙协议支持点对点和点对多点的链接。每个蓝牙的微微网(piconet)中有Master和Slave两种权限，除了Slave和Master以外，各个Slave节点之间也可以通信。在这里只以单个的piconet为主干构建WearComp无线网络。Master节点为WearComp网络主控节点，实现信息的汇集处理功能；Slave节点为无线设备。考虑到各个无线设备之间是互相独立的，信息融合只在Master节点完成，所以仅实现Master点对多Slave点的通信，形成一个星型的拓扑结构。每个piconet有3位地址码，即piconet的容量最多为8个节点，各个Slave节点负责对原始数据的预处理(包括滤波、补偿、数字化等)和处理后数据的发送，上层是基于普通PC机或其他类型上位机(如嵌入式计算机)的Master节点，所有无线设备的信息在这

里进行更高一级处理。

在通用异步收发(UART)模式下，蓝牙模块依照标准接口使用，主控接口HCI已定义好，可以在RS232接口上实现。终端设备模块携带与蓝牙模块兼容的接口，如RS232。通过这个标准接口，终端设备接口模块可以与蓝牙模块连接在一起，实现对蓝牙模块的控制。这样不同厂家生产的蓝牙模块就可以与同一种终端设备衔接。

软件部分：整个系统的应用软件可分为三部分：

(1)运行在上位机上的应用程序，包括面向用户的图形用户界面、面向终端设备接口模块层的操作(主要是对终端设备的控制和通信)，以及同蓝牙模块上的HCI固件(firmware)的通信程序。这部分可用面向对象的编程语言实现，把每个终端设备节点作为一个节点类的

实例对象，应用程序通过与实例对应的句柄访问控制各个终端设备节点。

(2)嵌入到终端设备模块的MCU上的程序。针对不同的MCU用汇编或是C语言写成。主要完成原始信息的采集、处理、读取、与HCI固件的通信、利用终端设备接口模块层与上位机通信。

(3)蓝牙模块上的HCI固件固化在蓝牙基带模块的Flash存储器里。通过它实现终端设备模块、上位机中软件与蓝牙硬件的通信。

硬件部分：蓝牙模块采用爱立信公司的ROK101007，由无线电、基带和闪存构成，内置支持HCI的固件，有适于高速数据传输的UART接口和USB接口，也有适于语音传输的PCM接口。功耗小，具有内置屏蔽功能。主机CPU采用嵌入式Pentium，功耗仅为

1．5W，不需要风扇即可正常使用。

3USB接口技术应用子可穿戴计算机

体积小、功能强、设备多、集成度高是可穿戴计算机的主要特点之一。由于可穿戴计算机对多媒体的要求很高，要实现的功能很多，以至于其外设种类很多，所以要求其接口种类也比较多，如串口、MCP接口、USB接口及PCMCIA接口等。若将众多接口都集成在一起，不但设计复杂，而且集成后的体积仍然较大，且其扩充性也较低。USB接口则将这些不同的接口统一起来，使用一个4针插头作为标准插头。在可穿戴计算机的设计中采用USB接口作为主要的外设接口，可弥补上述不足。

具体实现：

(1)硬件部分：在主机端采用PHILIPS公司生产的PDIUSBDl2独立USB控制器。PDIUSBDl2的突出特点是特别适用于便携式USB设备、产品的改型设计，以及需要高速数据传输的数据采集系统。

(2)软件部分：USB设备的软件设计主要包括两部分：一是USB设备端的单片机软件，主要完成USB协议处理和数据交换(多数情况下是一个中断子程序)以及其它应用功能程序(例如A／D转换、MP3解码等)；二是PC端的程序由USB通信程序和用户服务程序两部分组成，用户服务程序通过USB通信程序与系统USBDI(USBDeviceInterface)通信，由系统完成USB协议的处理与数据传输。PC端程序的开发难度非常大，程序员不仅要熟悉USB协议，还要熟悉WINDOWS体系结构并能熟练运用DDK工具。

USB总线驱动设计主要包括五部分，分别是向上对USB设备驱动和应用提供的函数接口USBDAPI、向下对主机控制器驱动提供的函数接口HCDAPI、USB系统资源、集线器驱动、系统配置及总线枚举器(如图3所示)。定义好这些接口之后，后三部分可并行设计和开发。

目前嵌入式系统中软硬件产品种类很多。由于本文设计的USB总线驱动与USB设备和USB主机之间通过定义的标准软件接口，对USB设备和USB主机的操作分别通过各自的驱动完成，从而避免了与硬件直接打交道，所以这部分设计与硬件和操作系统的相关性不大，适于各种不同的系统。

4GPRS技术在可穿戴计算机中的应用

4．1GPRS技术概述

通用分组无线业务(GPRS)是在现有的全球移动通信系统(GSM)网络基础上叠加了一个新的网络，’它充分利用了现有移动通信网的设备，在GSM网络上增加一些硬件设备并进行软件升级，形成一个新的网络逻辑实体。它突破了GSM网只能提供电路交换的思维定式，以分组交换技术为基础，采用IP数据网络协议，能够提供比现有GSM网9．6kbps更高的数据速率，其数据速率可达170kbps；它可以给GSM用户提供移动环境下的高速数据业务，包括收发电子邮件、因特网浏览等IP业务功能[5]。

由于GPRS是分组交换技术，应用了统计复用技术，因此GPRS开通的数据通信是按用户数据的传输信息量计费，而不是按传统的按时计费方式，所以对用户而言还可以节省费用。另外，由于GPRS支持X．25协议和IP协议，因此，对于GSM网现有电路交换数据业务(CSD)和短信息业务(SMS)，GPRS是补充而不是替代。

GPRS开启了大众移动数据应用的大门。采用GPRS技术，用户可以得到以下好处：只对传输数据收费(实际用量)而对连接间隙不收费；保持永久连接；通过IP的直接ISP接人更廉价；新的应用能够实现真正的插人及操作方案；用户可以即时接人多种服务，如：在上网的同时可以进行语音呼叫；手机的IP功能(互联网、遥测、电子商务等)。

基于可穿戴计算机的可移动性和灵活性，能够与外界进行良好的无线通信成为其必备的功能。因此，笔者为WearComp配备了一个基于GPRS技术的无线网卡。

4．2USB接口的GPRSModem的设计

4．2．1硬件设计

本Modem设计中用到的主要元件包括51系列单片机W77E58、独立的USB接口芯片PDIUSBD12及爱立信公司生产的GPRS模块GM47(如图4所示)。

图4

W77E58是由Winbond公司生产的与51系列兼容的单片机。它支持40MHz晶振频率且缩短了指令周期，具有与51系列兼容的指令集和与80C52兼容的引脚排列，以及32KB的FlashEPROM和1KB的片上SRAM；另外，它所提供的CMOS电平也与GM47模块所提供的CMOS电平完全兼容，无需再进行电平转换。以上这些特性都说明将单片机W77E58用于本Modem的设计是非常合适的[6]。

由PDIUSBD12和W77E58构成的USB接口电路：PDIUSBD12的8位并行数据接人W77E58的P0口，P2．6作为PDIUSBD12的命令或数据的选择线。PDIUSBD12与W77E58的数据交换采用中断方式(外部中断0)。USB设备通过四线电缆接入主机或USBHub，这四线分别是：Vbus(总线电源)、GND(地线)、D+和D-(数据线)。主机通过D+和D-上的电压变化检测设备的状态：刊。

由GM47模块和W77E58构成的GPRS接口电路：作为一种应用终端模块，GM47通过自带的UART端口与控制它的MCU或PC机联系。在UART端口引脚中，RD(串行数据输出)和TD(串行数据输入)作为数据口分别与W77E58的RXD和TXD连接，而CTS(发送清零)、TS(发送请求)、DTR(数据终端准备好)、DED(数据有效检测)作为控制口分别与W77E58的P1．0～P1．3连接。这样就完成了GM47与W77E58的通信控制连接。为了实现GPRS的功能，GM47模块还需要完成SIM卡、天线、电源等部分的连接。

4．2．2软件设计

USB部分：W77E58对PDIUSBD12的控制软件主要完成USB协议处理与数据交换以及其它应用功能程序。在本设计中，要求利用W77E58相对高的处理速度完成可穿戴计算机主机发来的较大数据量的处理(如经压缩过的视频、音频信号等)。

GPRS部分：GM47GPRS模块的软件部分对外提供了一个控制系统操作的AT指令集，通过接收来自UART的AT指令，解释并执行相应的操作，从而实现无线Modem的对应功能。所有的Modem命令都是从一个特定的指令前缀(AT)开始，到一个命令结束标志结束。以下介绍几个常用的AT指令[8]：

ATD／／拨号指令：在后面接电话号码，并可通过ME、SM、LD等控制字选择号码的来源是机器、SIM卡或是最近所拨号；

ATH／／挂起：提示终止通话；

ATO／／返回至在线数据模式：在通话过程中从在线控制模式转换到在线数据模式；

AT+CGATr／／是移动终端进入或离开GPRS服务(后接“1”为进入，“0”为离开)；

AT+CGDATA／／进人数据状态：利用PPP等协议完成将移动终端连接到网络上的操作；

AT+CGEREP／／GPRS事件报告；

无线通信技术论文范文第5篇

依据耦合方式的不同WHBC可分为：①电流耦合，发射端输入人体的信号为电流信号，接收器、发射器的两个电极均需与人体直接接触；②电容耦合，发射端输入人体的信号为电压信号，接收、发射端的两个电极可不与人体直接接触。当前大部分的研究都集中于后者，因此本论文主要介绍电容耦合WHBC系统。当前被认可的基于电容耦合的人体通信机制主要有两种：静电耦合机制和把人体作为波导的电磁波传播机制，大多数WHBC模型基于这两种传输机制建立。另外还有一些WHBC模型是基于实验数据得到的，下面我们简单介绍一下当今主要的WHBC理论和模型。

1．1静电耦合机制及其物理模型

首先我们来介绍WHBC的静电耦合传输机制。发射接收信号的电路、放在人体上或者人体附近的电极、导电的人体（相当于一个电阻）、电极和大地之间的耦合电容可构成一个闭合回路。整个闭合回路可被看作为一个二端口网络，发射端的信号电极和地电极是其信号输入端，接收端的信号电极和地电极是其信号输出端，已知电路中的各电阻及电容的值，就可根据电路知识求出信号的路径损失。由于静电耦合作用（即二端口网络电路中的耦合电容）是该传输原理中的关键所在，因此称该原理为静电耦合原理。其中发送端和接收端信号电极可以直接贴在人体皮肤上或者靠近人体皮肤的邻近区域（例如紧贴衣服上），发送端和接收端的地电极悬空或者贴在皮肤上。但Luˇcev等证明信号电极直接与皮肤接触、地电极悬空的电极结构可以得到最小的路径损失。Xu等根据静电耦合机制设计了一个WHBC通信系统，其系统模型使用了有限元件建模方案。该系统模型包含了大气、人体、发射端电路和接收端电路。其中大气分为三个区：近域区、过渡区和远域区；人体模型则由手臂、胸部、腹部和脚组成，而各器官分别由对应的皮肤、脂肪、肌肉层组成。模型的仿真结果在低频和实际测得的数据相差不大，但在高频段差别就有些大，还需要仔细研究。

1．2人体作为波导的传播原理及其物理模型

有些研究人员把人体看作波导，从电磁波传播的相关原理方面建立人体信道的计算模型。发射机的信号电极与其地电极是电磁波的发射源，人体表面是人体与空气之间的边界面，信号的传输过程可看作一种特殊情况的表面波传输。已知人体表面的电介参数，根据麦克斯韦方程和人体空气边界条件可求出在人体表面各点的电场强度、磁场强度以及路径损失。Fujii等用有限差分时域方法（finitediffer－encetimedomain，FDTD）建立WHBC模型。在FDTD计算方法中，使用了日本成年男性和女性的高精度身体模型。实验中用生物组织固体人体等效模型验证文中提到的理论模型，结果虽还不错，但模型跟真实的人体毕竟不一样，该方法的有效性还需通过真实的人体加以验证。

1．3其它的WHBC传输原理和模型

近期Bae等提出了新的WHBC传输原理，该原理同样把发射端的信号电极和地电极看作电磁波的发射源，但认为仅电磁波的电场可传播信息，电磁波的磁场不起传递信息的作用，同1．2一样利用麦克斯韦方程组可得到人体表面的电强度和路径损失。论文提出的理论很新颖，能够综合现有的两套理论，但其仿真结果和实验结果在低频处却有较大的误差，还需进一步完善。Ruiz等利用实验数据建立了一个WHBC分析模型。方法是从现有的各种分布函数中选择一个与实际测得的路径损失的累积概率分布最接近的一个分布类型，然后用数学方法估计在某一确定距离下该分布类型的参数，接着求出该分布函数的参数与（发射接收）距离之间的关系，从而得到想要的模型。这种方法对硬件设计有一定的指导意义，但由于缺乏内在的物理原理的支撑，有很大的局限性。

2WHBC中的数字基带传输机

除了WHBC的传输理论有诸多进展，WHBC传输机也颇有些硕果。Lont等设计了一个数据速率可调的基于移频键控（frequencyshiftkeying，FSK）的超低功耗数字接收机。Song等则利用0．25μm标准CMOS工艺设计了一个功耗为0．2mW、速率为2Mb／s的数字传输机，其原理图。图中上半部分为发射机，下半部分为接收机。发射机由伪随机二进制序列（pseudo－ran－dombinarysequence，PRBS）产生器、二选一多路复用器和驱动器组成。PRBS是芯片测试时需要用到的功能部件。数字信号可直接通过二选一多路复用器、驱动器传到人体。接收机由接收AFE模块、CDR电路和位错误探测器组成。接收AFE模块用于放大、触发、反向从电极接收到的宽带信号，以恢复二进制数据。CDR电路模块从恢复的二进制模块中提取时钟信号并锁存数据。位错误探测器是芯片测试时需要用到的功能模块。当反向不归零制（non－return－to－zero，NRZ）数据直接输入到人体后，发射端电极产生对称的静电场（分别对应二进制数据1和0），在该静电场的激发下接收端的电极感受到一个由正负脉冲组成的微弱宽带脉冲信号，对这些信号进行放大、触发、反向的操作就可在接收端恢复输入人体的二进制数据。Song等改进了TX的结构，使用了脉冲位置调节模块，把NRZ数据的频带移到10～70MHz。Fazzi等则在RX中增加了相关电路，抑制噪声的能力更强。然而即便如此，这样的通信系统还是很容易受到外界的干扰，需要其它的技术抑制这种干扰，我们将在第3部分中进行讨论。

3WHBC中的干扰及AFH技术

3．1WHBC中的干扰

人体可被看作天线，漂浮的和接地的人体在电磁场中的谐振波长分别为人体身高的2倍和4倍，同时人体的谐振频率峰值不是尖锐的，而是宽广分布的，因此人体天线效应能够将频带分布宽广的射频信号注入到WHBC通信系统中。根据Cho等的实验结果，这些干扰信号在一些环境下（调幅射频塔或者无绳电话附近等）能够把有用的信号淹没，一般的数字传输机不能在这种变换的环境下稳定地工作，需要新的传输机来抑制这些干扰。

3．2AFH原理

WHBC中的干扰随环境变化而变化，但均只占某一有限的带宽。为了增强系统的抗干扰能力，我们把可用的WHBC总带宽根据具体的应用（数据传输速率的要求）平均分成N个不重叠的子带宽，每一个子带宽可看作一个通信频道。最开始所有的通信频道均参与信息的传输，它们均处于跳频序列之中。WHBC设备节点每隔一段时间根据一定的评判原则将跳频序列中所有的频道分为好频道和坏频道。好频道继续使用并等待下一次评判；坏频道从跳频序列中剔除，但一段时间之后系统会重新检查上次被评为“坏频道”的频道的通信质量，只要被评定为好频道，系统又会将其纳入跳频序列之中。其中频道评价准则可以使用接收的信号强度指示（re－ceicedsignalstrengthindicator，RSSI）、分组错误率（packeterrorrate，PER）和载波敏感度（carriersensing，CS）准则。使用的是PER信道评判准则，其中PSR（packetsuccessratio）为分组成功率，Ps为合格频道的PSR阈值。AFH技术源自蓝牙，但AFH在WHBC中的适应性强过蓝牙，因为一般情况下WHBC的覆盖范围仅限于穿戴者的本身，不会产生不同WHBC之间的串扰，而蓝牙ZigBee等则会因为不同设备之间使用相同的通信频道而产生动态频率干扰。Cho等就利用AFH技术设计了适用于人体通信的传输机，达到了很好的抗干扰效果。

4结束语