时间：2023-03-13 11:23:37
序论：在您撰写无线传输技术论文时，参考他人的优秀作品可以开阔视野，小编为您整理的7篇范文，希望这些建议能够激发您的创作热情，引导您走向新的创作高度。
由于WCDMA和CDMA2000这两种技术都是将CDMA技术用于蜂窝系统，许多的思想都是源于CDMA系统，因此WCDMA和CDMA2000有许多相试之处：从双工方式上看，WCDMA和CDMA2000属于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都满足IMT-2000提出的技术要求，支持高速多媒体业务、分组数据和IP接入等。但它们在技术实现、规范标准化、网络演进等方面都存在较大差异。
WCDMA和CDMA2000各有优势和缺点。WCDMA技术较成熟，能同广泛使用的GSM系统兼容；相比第二代通信系统能提供更加灵活的服务；而且WCDMA能灵活处理不同速率的业务。其缺点是只能共用现有GSM系统的核心网部分，无线侧设备可以共用的很少。
CDMA2000的优势是可以和窄带CDMA的基站设备很好地兼容，能够从窄带CDMA系统平滑升级，只需增加新的信道单元，升级成本较低，核心网和大部分的无线设备都可用。容量也比IS-95A增加了两倍，手机待机时间也增加了两倍。缺点是CDMA2000系统无法和GSM系统兼容。
1.WCDMA与CDMA2000的物理层技术比较
WCDMA和CDMA2000物理层技术细节上有相似也有差异，由于考虑出发点不同，造成了不同的技术特点。WCDMA技术规范充分考虑了与第二代GSM移动通信系统的互操作性和对GSM核心网的兼容性；CDMA2000的开发策略是对以IS-95标准为蓝本的窄带CDMA的平滑升级。
（1）这两个标准的物理层技术相似点可以归纳为以下几点：
①内环均采用快速功率控制。CDMA系统是干扰受限系统，因此为了提高系统容量，应尽可能的降低系统的干扰。功率控制技术可以减少一系列的干扰，这意味着同一小区内可容纳更多的用户数，即小区的容量增加。因此CDMA系统中引入功率控制技术是非常必要的。
②系统都支持开环发射分集，信道编码采用卷积码和Turbo码。
③系统均采用软切换技术。所谓软切换是指移动台需要切换时，先与新的基站连通再与原基站切断联系，而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行，因此模拟系统、TDMA系统不具有这种功能。软切换可以有效地提高切换的可靠性，大大减少切换造成的掉话。
④WCDMA工作频段：1900～2025MHz频段分配给FDD上行链路使用，2110～2170MHz频段分配给FDD下行链路使用，2110～2170MHz频段分配给TDD双工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900～2025MHz频段(上行)，2110～2170MHz(下行)。
（2）两个标准的物理层技术差异可以归纳为以下几点：
①扩频码片速率和射频带宽。WCDMA根据ITU关于5MHz信道基本带宽的划分规则，将基本码片速率定为3.84Mcps。WCDMA使用带宽和码片速率是CDMA2000-1X的3倍以上，能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。CDMA2000分两个方案，即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X两个阶段。CDMA2000系统可支持话音、分组数据等业务，并且可实现QoS的协商。室内最高数据速率达2Mbit/s，步行环境384kb/s，车载环境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在单载波上采用码片速率1.2288Mcps的直接序列扩频，射频带宽为1.25MHz。
②支持不同的核心网标准。WCDMA要求实现与GSM网络的兼容，所以它把GSMMAP协议作为上层核心网络议；CDMA2000要求兼容窄带CDMA，因此它把ANSI-41作为自己的核心网络协议。
③WCDMA进行功率控制的速度是CDMA2000的2倍，能保证更好的信号质量，并支持多用户。
④为了使支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务也支持WCDMA业务，为了完善新的数据话音网络，CDMA2000-1x需要添加额外的网元或进行功能升级。
2.WCDMA与CDMA2000网络接口的比较
3G标准的基本目标是能在车载、步行和静止各种不同环境下为多个用户分别提供最高为144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的无线接入数据速率。为多个用户提供可变的无线接入数率是3G标准的核心要求。CDMA2000可分别用于900MHZ和2GHZ两个频段CDMA2000的码片速率与IS-95相同，两系统可以兼容。WCDMA的码片速率为3.84Mcps，显然WCDMA系统中低速率用户或语音用户的移动台成本会大幅上升，在CDMA2000系统中则不会如此。
WCDMA的接口标准规范、制定严谨、组织严密，而CDMA2000的接口标准严谨性有待加强。IS-95厂家设备难以互通，给运营商设备选型带来了较大问题；3G许诺的高速无线数据服务必须可以和话音一样实现无缝的漫游，这是至关重要的。多媒体信息要漫游、视频通话也要漫游，没有这些基本要素，3G就不能称其为3G。漫游涉及到的不仅仅是技术问题，更重要的是商业利益。在这方面WCDMA显然更胜一筹，它支持全球漫游，全球移动用户均有唯一标识，而CDMA2000尚不能很好做到这一点。
3.WCDMA和CDMA2000网络演进的比较
（1）WCDMA的网络演进技术
现有的GSM系统利用单一时隙可提供9.6kbit/s的数据服务。如果复用多个时隙就能升级为HSCSD（高速电路交换数据）方式；此后出现了GPRS（通用分组无线业务），首次在核心网中引入了分组交换的方式，可提供144kbit/s的数据速率。接着继续升级采用8PSK调制，这样传输速率可以上升至384kbit/s这就是EDGE；WCDMA的数据传输速率将高达2M/s。
（2）CDMA2000网络演进技术
主要的CDMA2000运营商将来自现在的窄带CDMA运营商。窄带CDMA向CDMA2000过渡的方式为IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的数据传输速率为14.4kbit/s，为了提供更高的速率，1999年部分厂商开始采用IS-95B标准，理论上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C进一步使容量加倍，最后升级为CDMA2000。
窄带CDMA系统向CDMA2000系统的演进分为空中接口、网络接口及核心网络演进等方面。
①目前窄带CDMA系统的空中接口是基于IS295A，其支持的数据速率为14.4kbit/s，由IS295A升级到IS295B，可支持64kbit/s。
②窄带CDMA网络接口的演进主要指窄带CDMA系统A接口的升级和演进。对于窄带CDMA系统，以前其A接口不是规范接口(即不是开放接口)，窄带CDMA和GSM的A接口的规范相比较，GSM是先有A接口标准，然后厂家依据标准开发；窄带CDMA是厂家各自开发，然后广泛宣传，最后凭借自身影响修改标准。
③窄带CDMA的核心网在美国经过多年发展后，从IS241A到IS241B到IS241C，我国CDMA试验网和红皮书以IS241C为基础，IS241D规范在1999年底，目前IS241E规范还未正式。
二、WCDMA和CDMA2000在我国的前景
对3G标准的选择不仅要看其技术原理及成熟程度，还要结合本国国情、市场运作状况等因素进行考虑。按目前的进展来看，两种标准最后不能融合成一种，但可以共存。
在我国，GSMMAP网络已形成巨大的规模，欧洲标准的WCDMA在网络上充分考虑到与第二代的GSM的兼容性，在技术上也考虑了与GSM的双模切换兼容，向WCDMA体制的第三代系统演进，从一开始就解决了全网覆盖的问题。而且CDMA2000采用GPS系统，对GPS依赖较大；在小区站点同步方面，CDMA2000基站通过GPS实现同步，将造成室内和城市小区部署的困难，而WCDMA设计可以使用异步基站，运营者独立性强；对于电信设备制造行业，我国在GSM蜂窝移动通信方面发展成熟，而窄带CDMA系统尚未形成规模和产业。
WCDMA采用全新的CDMA多址技术，并且使用新的频段及话音编码技术等。因此GSM网络虽然可采用一些临时的替代方案提供中等速率的数据服务，却不能提供一种相对平滑的路径以过渡到WCDMA。而CDMA2000的设计是以IS-95系统的丰富经验为依据的，因此窄带CDMA向CDMA2000的演进无论从无线还是网络部分都更为平滑。在基站方面只需更新信道板，并将系统软件升级，即可将IS-95基站升级为CDMA2000基站。
由此可见,WCDMA和CDMA2000还将长时间在我国共存，鹿死谁手？尚未分晓。
参考文献：
［1］TeroOjanpera，RamjeePrasad.朱旭红译.宽带CDMA：第三代移动通信技术.北京：人民邮电出版社.
［2］杨大成.CDMA2000-1X移动通信系统.北京：机械工业出版社,2003.
［3］罗凌，焦元媛，陆冰.第三代移动通信技术与业务.北京：人民邮电出版社，2005.
[论文摘要]3G的时代已经来临，其主要技术标准WCDMA和CDMA2000谁优谁劣自然引起了我们的关注。本文从各个方面对两个技术标准做了全面的对比研究。
一、引言
上世纪70年代末，诞生了被称为第一代蜂窝移动通信系统的双工FDMA模拟调频系统，但由于模拟系统固有的先天缺陷，在90年代初被以TDMA为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统所取代，相对FDMA系统有诸多优点，如频谱利用率高，系统容量大、保密性好等。与此同时产生了以CDMA为基础的数字蜂窝通信系统，相比TDMA系统具有低发射功率、信道容量大、软容量、软切换、采用多种分集技术等优点。
随着网络的广泛普及，图像、话音和数据相结合的多媒体和高速率数据业务的业务量大大增加，人们对通信业务多样化的要求也与日俱增，而一代二代系统远远不能满足用户的这些需求，所以诞生了第三代移动通信技术，它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。国际上承认的3G标准有三个：CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA，这里主要从各个方面做WCDMA和CDMA2000的对比研究。
二、WCDMA和CDMA2000的综合比较
由于WCDMA和CDMA2000这两种技术都是将CDMA技术用于蜂窝系统，许多的思想都是源于CDMA系统，因此WCDMA和CDMA2000有许多相试之处：从双工方式上看，WCDMA和CDMA2000属于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都满足IMT-2000提出的技术要求，支持高速多媒体业务、分组数据和IP接入等。但它们在技术实现、规范标准化、网络演进等方面都存在较大差异。
WCDMA和CDMA2000各有优势和缺点。WCDMA技术较成熟，能同广泛使用的GSM系统兼容；相比第二代通信系统能提供更加灵活的服务；而且WCDMA能灵活处理不同速率的业务。其缺点是只能共用现有GSM系统的核心网部分，无线侧设备可以共用的很少。
CDMA2000的优势是可以和窄带CDMA的基站设备很好地兼容，能够从窄带CDMA系统平滑升级，只需增加新的信道单元，升级成本较低，核心网和大部分的无线设备都可用。容量也比IS-95A增加了两倍，手机待机时间也增加了两倍。缺点是CDMA2000系统无法和GSM系统兼容。
1.WCDMA与CDMA2000的物理层技术比较
WCDMA和CDMA2000物理层技术细节上有相似也有差异，由于考虑出发点不同，造成了不同的技术特点。WCDMA技术规范充分考虑了与第二代GSM移动通信系统的互操作性和对GSM核心网的兼容性；CDMA2000的开发策略是对以IS-95标准为蓝本的窄带CDMA的平滑升级。
（1）这两个标准的物理层技术相似点可以归纳为以下几点：
①内环均采用快速功率控制。CDMA系统是干扰受限系统，因此为了提高系统容量，应尽可能的降低系统的干扰。功率控制技术可以减少一系列的干扰，这意味着同一小区内可容纳更多的用户数，即小区的容量增加。因此CDMA系统中引入功率控制技术是非常必要的。
②系统都支持开环发射分集，信道编码采用卷积码和Turbo码。
③系统均采用软切换技术。所谓软切换是指移动台需要切换时，先与新的基站连通再与原基站切断联系，而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行，因此模拟系统、TDMA系统不具有这种功能。软切换可以有效地提高切换的可靠性，大大减少切换造成的掉话。
④WCDMA工作频段：1900～2025MHz频段分配给FDD上行链路使用，2110～2170MHz频段分配给FDD下行链路使用，2110～2170MHz频段分配给TDD双工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900～2025MHz频段(上行)，2110～2170MHz(下行)。
（2）两个标准的物理层技术差异可以归纳为以下几点：
①扩频码片速率和射频带宽。WCDMA根据ITU关于5MHz信道基本带宽的划分规则，将基本码片速率定为3.84Mcps。WCDMA使用带宽和码片速率是CDMA2000-1X的3倍以上，能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。CDMA2000分两个方案，即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X两个阶段。CDMA2000系统可支持话音、分组数据等业务，并且可实现QoS的协商。室内最高数据速率达2Mbit/s，步行环境384kb/s，车载环境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在单载波上采用码片速率1.2288Mcps的直接序列扩频，射频带宽为1.25MHz。
②支持不同的核心网标准。WCDMA要求实现与GSM网络的兼容，所以它把GSMMAP协议作为上层核心网络议；CDMA2000要求兼容窄带CDMA，因此它把ANSI-41作为自己的核心网络协议。
③WCDMA进行功率控制的速度是CDMA2000的2倍，能保证更好的信号质量，并支持多用户。
④为了使支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务也支持WCDMA业务，为了完善新的数据话音网络，CDMA2000-1x需要添加额外的网元或进行功能升级。
2.WCDMA与CDMA2000网络接口的比较
3G标准的基本目标是能在车载、步行和静止各种不同环境下为多个用户分别提供最高为144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的无线接入数据速率。为多个用户提供可变的无线接入数率是3G标准的核心要求。CDMA2000可分别用于900MHZ和2GHZ两个频段CDMA2000的码片速率与IS-95相同，两系统可以兼容。WCDMA的码片速率为3.84Mcps，显然WCDMA系统中低速率用户或语音用户的移动台成本会大幅上升，在CDMA2000系统中则不会如此。
WCDMA的接口标准规范、制定严谨、组织严密，而CDMA2000的接口标准严谨性有待加强。IS-95厂家设备难以互通，给运营商设备选型带来了较大问题；3G许诺的高速无线数据服务必须可以和话音一样实现无缝的漫游，这是至关重要的。多媒体信息要漫游、视频通话也要漫游，没有这些基本要素，3G就不能称其为3G。漫游涉及到的不仅仅是技术问题，更重要的是商业利益。在这方面WCDMA显然更胜一筹，它支持全球漫游，全球移动用户均有唯一标识，而CDMA2000尚不能很好做到这一点。
3.WCDMA和CDMA2000网络演进的比较
（1）WCDMA的网络演进技术
现有的GSM系统利用单一时隙可提供9.6kbit/s的数据服务。如果复用多个时隙就能升级为HSCSD（高速电路交换数据）方式；此后出现了GPRS（通用分组无线业务），首次在核心网中引入了分组交换的方式，可提供144kbit/s的数据速率。接着继续升级采用8PSK调制，这样传输速率可以上升至384kbit/s这就是EDGE；WCDMA的数据传输速率将高达2M/s。
（2）CDMA2000网络演进技术
主要的CDMA2000运营商将来自现在的窄带CDMA运营商。窄带CDMA向CDMA2000过渡的方式为IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的数据传输速率为14.4kbit/s，为了提供更高的速率，1999年部分厂商开始采用IS-95B标准，理论上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C进一步使容量加倍，最后升级为CDMA2000。
窄带CDMA系统向CDMA2000系统的演进分为空中接口、网络接口及核心网络演进等方面。
①目前窄带CDMA系统的空中接口是基于IS295A，其支持的数据速率为14.4kbit/s，由IS295A升级到IS295B，可支持64kbit/s。
②窄带CDMA网络接口的演进主要指窄带CDMA系统A接口的升级和演进。对于窄带CDMA系统，以前其A接口不是规范接口(即不是开放接口)，窄带CDMA和GSM的A接口的规范相比较，GSM是先有A接口标准，然后厂家依据标准开发；窄带CDMA是厂家各自开发，然后广泛宣传，最后凭借自身影响修改标准。
③窄带CDMA的核心网在美国经过多年发展后，从IS241A到IS241B到IS241C，我国CDMA试验网和红皮书以IS241C为基础，IS241D规范在1999年底，目前IS241E规范还未正式。
三、WCDMA和CDMA2000在我国的前景
对3G标准的选择不仅要看其技术原理及成熟程度，还要结合本国国情、市场运作状况等因素进行考虑。按目前的进展来看，两种标准最后不能融合成一种，但可以共存。
在我国，GSMMAP网络已形成巨大的规模，欧洲标准的WCDMA在网络上充分考虑到与第二代的GSM的兼容性，在技术上也考虑了与GSM的双模切换兼容，向WCDMA体制的第三代系统演进，从一开始就解决了全网覆盖的问题。而且CDMA2000采用GPS系统，对GPS依赖较大；在小区站点同步方面，CDMA2000基站通过GPS实现同步，将造成室内和城市小区部署的困难，而WCDMA设计可以使用异步基站，运营者独立性强；对于电信设备制造行业，我国在GSM蜂窝移动通信方面发展成熟，而窄带CDMA系统尚未形成规模和产业。
WCDMA采用全新的CDMA多址技术，并且使用新的频段及话音编码技术等。因此GSM网络虽然可采用一些临时的替代方案提供中等速率的数据服务，却不能提供一种相对平滑的路径以过渡到WCDMA。而CDMA2000的设计是以IS-95系统的丰富经验为依据的，因此窄带CDMA向CDMA2000的演进无论从无线还是网络部分都更为平滑。在基站方面只需更新信道板，并将系统软件升级，即可将IS-95基站升级为CDMA2000基站。
由此可见,WCDMA和CDMA2000还将长时间在我国共存，鹿死谁手？尚未分晓。
参考文献：
［1］TeroOjanpera，RamjeePrasad.朱旭红译.宽带CDMA：第三代移动通信技术.北京：人民邮电出版社.
1.1无线传感网络技术很受大众的喜欢与它的高科技的发展是分不开的，而且许多国家也很重视它的发展，世界各国的工业界、高科技界和学术界对无线传感网络的发展展开了猛烈的攻势，希望可以通过靠科技技术的结合实现无线传感网络技术的进步，许多国家还将无线传感网络技术列入国家的重点研究技术，而且一些周刊和杂志对无线网络的评价也很高，认为无线传感网络技术是未来引领世界计算机进步的主要技术。
1.2无线传感网络技术在我国的发展还很缓慢，这主要是由于无线传感网络技术在我国出现的时间比较晚，无线传感网络技术在我国的研究方案中还处在初级阶段，与西方一些发达国家相比，存在严重的滞后性，我国在无线传感网络技术上的研究主要局限在仿真计算和网络协议等，在人们的生活和军事中的应用还很少，而且无线网络现在已经可以用来作环境监测，我国却没有将无线传感网络技术应用到实处。
1.3目前，中国的未来技术研究方向中有几项是专门针对无线传感网络技术进行直接论述的，而且在一些重大会议的决策里面，也将无线传感网络技术列为三大前沿信息技术，无线传感网络技术中的自发组织网络技术和智能感知技术都成为中国重点信息技术研究，无线传感网络技术在我国如此重视的情况下一定会有所成就，无线传感网络技术也成为社会信息技术发展的必然，在我国，信息技术领域广泛地被应用已经成为不争的事实，对人们的生活、工作和社会的发展带来很深刻的影响。
2无线传感网络技术的应用发展
2.1无线传感网络技术在环境监测方面的应用和发展现代社会，人类的生活水平在逐渐的提高，人们对于环境的探讨也越来越重视，环境方面的应用科学也越来越多，传统的环境探索的模式已经不能满足人们对环境探索强烈的欲望，而且关于环境的采集数据的难度也越来越大。无线传感网络技术的出现及时地解决了环境探索方面的难关，无线传感网络技术对户外的野生动物的跟踪、发现和保护做出了巨大的贡献，通过无线传感网络技术，人们能够对各种野生动物的生存成长环境做监测，比如说动物生存环境的气象、洪涝灾害、地球的物理环境、环境的污染状况、大气的监测等等，根据监测的结果采取必要的保护措施和改善措施。
2.2无线传感网络技术在军事领域的应用和发展无线传感网络技术起于军事领域，无线传感网络技术在军事上的应用是它能够在国家的边疆上站岗放哨做警卫，将无线传感网络器安置在国家的边疆防线上，士兵可以直接通过无线传感网络技术对国家边疆进行防御，接受来自不同方向的信息并及时果断地做出相应的措施。无线传感器在军事上的另外一个应用就是可以对目标进行定位，以及时地防范敌军的可能的侵袭和进攻，还可以通过无线传感技术对无人驾驶的车辆进行摆布，战争结束后，无线传感网络还能对战场的破坏性和环境污染程度进行监测并且评估。
2.3无线传感网络技术在家庭生活中的应用和发展无线传感网络技术最贴近人的生活的应用就是在家庭生活中的应用，无线传感网络器可以为人民的生活提供很多方便，并且能够使人们的生活环境更舒适，无线传感网络技术为人们的生活提供比较人性化智能家居，比如说像冰箱、真空吸尘器、录像机和微波炉等，这样用户就可以在远处遥控这些家用产品，而且还能通过无线传感技术在家里的主要房间安装监测器，以便随时控制家里的安全。
2.4无线传感网络技术在医疗卫生行业的应用和发展无线传感网络技术在健康护理人的方面的应用主要是用来对患者和医生的行为进行监测，人的身体里面有很多我们并不知道的生理和心理数据，将无线传感网络技术安装在病人的身上就可以随时观察病人的病情，并得到及时的救治，无线网络传感技术在不久的将来会更加的方便，用途也会更加的多，还能实现医疗的远程遥控。
3结束语
关键词：无线通信低功耗移频键控PIC16F73单片机芯片CC1000调制解调芯片
在工业、科学研究以及医疗设备中，目前出现了大量需要进行通信的设备，这些设备通信距离较近、数据量较小、不适合布线。比如自动抄表系统、酒店点菜系统以及现场数据采集系统等，其中有很多设备是可移动的，而且要求何种小便于携带。因此，要求其通过设备具有体积小、功耗低、成本低、使用方便等特点。基于这些需求，本文给出了一款超低功耗的无线数字传输模块的设备及实现方法。
该模块采用Chipcon公司的超低功耗FSK调制解调芯片CC1000和Microchip公司的低功耗单片机PIC16F73，从而保证了系统的超低功耗。同时，为了适应电池供电系统的应用，该模块支持查询方式的无线通信，可以使系统的平均工作电流低至10μA。该模块具有8组信道，可以实现点对点、点对多点的半双工通信，并且提供标准串行数据接口，支持TTL、RS232和RS485通信接口，可以方便地与其它控制器或计算机连接。
图1
1模块硬件设计
模块结构框图如图1所示。
作为工作在物理层和数据链路层的底层通信设备，该系统完成数据的调制解调、假数据过滤、数据组合、解码数据帧、数据校验等功能。在接收过程中完成数据由电信号向位流、由位流数据向字节，由字节向数据帧的变换，而在发送过程中则完成接收到的逆向过程。数据发送过程中数据流的变化如图2所示。
调制解调由CC1000完成。系统采用频移键控调制（FSK），载波频率为434MHz，带宽为64kHz，数据采用差分曼彻斯特编码发送，空中发送数据速率可以根据需要设置，最高FSK数据速率为76.8kpbs。CC1000采用三线命令接口和两线数据接口，可编程配置载波频率和数据速率等内容。有关CC1000的详细内容见参考文献。
模块控制器在发送时从用户接口接数据和命令，并将用户数据转换成数据帧传送给CC1000，控制CC1000进行数据发送。在接收时，控制器接收从CC1000传送过来的数据，分析数据，过滤噪声，将数据由位流转换为字节，进行校验并将用户数据通过串行口传送给用户，使用户可以实现所发即所收。
模块是为低功耗系统而设计的，除了具有SLP引脚可以直接休眠模块外，还有一些专门设计的命令来支持使用查询方式的通信。PCMD、RX、TX三线组成模块的三线接口，配置命令时PCMD必须为高电平。配置命令工作时序如图3所示。
发送数据时PCMD应置为低电平，通过串行口发送数据即可。模块使用时间间隔区分数据帧，如果有传输半个字节的时间没有接收到数据，则认为此前接收到的为一帧数据，系统将编码该帧数据并通过CC1000进行调制和发送。因此，如果用户数据是以数据帧的格式发送的，用户应当连续发送数据，以避免模块将一帧数据分割为两帧数据发送，从而降低发送效率。模块只能进行半双工通信，没有数据发送时模块处于接收状态；有休眠信号时模块进入体眠状态，此时模块无法接收和发送数据，只有将模块唤醒后，才能发送和接收数据。READY信号是模块工作状态指示信号。当READY长时间处于低电平状态时，可以使用RST将模块复位，重新设置模块的工作状态，以避免模块处于错误工作状态。
2软件设计
系统软件采用专门为PIC单片机进行了优化，能够为PIC系列单片机产生优质高效的代码，具体内容参考文献。系统控制器软件设计是本系统的核心内容，由于控制器要完成与用户和CC1000双方的通信及数据封装，因此系统软件借用Windows系统的消息循环机制设计，采用消息循环的体系结构。这种结构使得程序结构清晰、可扩展性强、可移植性强。经过长时间的初中，证明这种结构非常适合单片机系统软件的开发。
图4为程序初始化和主函数部分的结构框图。系统程序总线结构采用消息驱动机制。在系统内部寄存器和变量初始化完成后便可以进入消息循环程序查询系统消息。系统消息一般是CPU外部或内部的事件通过CPU中断系统激励CPU运行的。为了能够使系统产生和响应消息，必须启动CPU的中断系统，因而在进入消息循环前启动CPU定时中断、串行通信中断、外部触发中断。程序初始化部分在CPU上电或复位后只执行一次，CPU在正常工作时即将终都在消息循环中反复检测消息是否存在，并根据消息的种类做不同的操作，最后清除相应的消息标志，再进行循环检测消息。本系统中消息共有三种，分别是程序节拍控制信号、与CC1000通信的信号以及与用户通信的信号。程序节拍控制信号控制程序的运行过程，包括时间信号、外部中断信号（休眠、唤醒）以及其它定时动作信号；与CC1000通信的信号包括CC1000状态转换信号、接收完成信号、发送开始信号以及发送完毕信号等，负责管理与CC1000的通信和控制工作；与用户通信的信号包括接收用户数据完毕信号、用户数据发送完毕信号以及向用户发送数据开始信号等，负责与用户的通信管理。程序的消息循环结构如图5所示。
3模块性能
3．1模块功能
作为一款专门为低功耗系统而设计的无线数字传输模块，该模块具有低电平供电、低功耗的特点。供电电压范围为3V～12V。当供电电压为3V时，在接收状态下，模块电流为9.6mA；在发送状态下，模块电流为25.6mA；在休眠状态下，模块电流为2μA。通信系统使用查询方式工作时，处于接收的工作电流计算公式如下，即若休眠时间为dsl，检测信号时间为tdt，那么平均工作电流为（单位为μA
）：
Ip=(tsl×2+tdt×9600)/(tsl+tdt)
因此，如果一个系统的休眠时间为8s,检测时间为13μA。这样，5400mAh的锂电流可以使用47年！当然，实际使用中应该计算模块处于接收状态时的电流，此时模块的功耗就取决于模块工作的情况和传输数据量的大小，但是其极低的待机功耗对于移动设备来说是十分重要的。
3．2通信可靠性
通信误码率可以使用如下近似公式计算：
Pe≈Ne/N
式中，N为传输的二进制码元总线；Ne为被传输错的码元数，理论上应有N∞。
在实际使用中，N足够大时，才能够把Pe近似为误码率。经过对模块的测试，在数据速率为2400bps、通信距离为100m(平原条件)时，通信误码率为10-3～10-5。在数据速率提高时，通信误码率会增加，但是通信模块可采用多项技术来提高通信可靠性。在物理层，模块采用差分曼彻斯特编码技术发送数据，从而保证通信中的同步问题；而在数据链路层，使用CRC（循环冗余编码）进行数据帧校验，用以保证数据到达用户应用层以后的可靠性。当然，用户在应用层还可以采取多种通信协议来进一步提高通信的可靠性。
3.3通信距离
在无线通信中，通信距离与发射机发送信号的强度和接收机接收灵敏度有着直接关系。本模块的发送功率为10dBm，而在数据速率为2400bps、带宽为64kHz、通信二进制误码率为10-3条件下，模块的接收灵敏度为-110dBm。在天线高于地面3m的可视条件下，可告通信距离（误码率小于10-3）大于300m。在市区环境中，可靠通信距离在10m左右。
图5
4模块应用
无线智能IC卡水表由负责显示和读写IC卡的上位机和负责阀门控制的下位机组成，上位机和下位机之间的通信使用无线数字传输模块完成，系统结构如图6所示。上位机负责人机接口，包括显示下位机状态、显示剩余水量、读取IC卡以及与下位机通信等功能，下位机完成水脉冲计数并接收上位机的指令控制阀门开关状态。由于本系统采用电池供电，所以要求系统的功耗必须非常低。水表的上位机和下位机均采用Microchip公司的低功耗单片机PIC16F73，下位机工作在查询状态。
关键词：AT89C51串行口无线数字电台串行通信
一般的数字采集系统，是通过传感器将捕捉的现场信号转换为电信号，经模/数转换器ADC采样、量化、编码后，为成数字信号，存入数据存储器，或送给微处理器，或通过无线方式将数据发送给接收端进行处理。无线数据传输系统就是样一套利用无线手段，将采集的数据由测量站发送到主控站的设备。
1系统组成
系统组成如图1、图2所示。
系统由测量站和主控站两部分组成。测量站主要完成对现场信号的采集、存储，接收遥控指令并发送数据。主控站的主要工作是发送遥控指令、接收数据信息、进行数据处理和数据管理、随机显示打印等。
2AT89C51与数字电台的串行通信
Atmel公司的AT89C51单片机，是一种低功耗、高性能的、片内含有4KBFlashROM的8位CMOS单片机，工作电压范围为2.7～6V（实际使用+5V供电），8位数据总线。它有一个可编程的全双工串行通信接口，能同时进行串行发送和执着收。通过RXD引脚（串行数据接收端）和TXD引脚（串行数据发送端）与外界进行通信。
2.1通信协议与波特率
数字电台与单片机、终端主控机的通信协议为：
通信接口——标准串行RS232接口，9线制半双工方式；
通信帧格式——1位起始位，8位数据位，1位可编程数据位，1位停止位；
波特率——1200baud。
数字电台选用Motorola公司的GM系列车载电台，工作于VHF/UHF频段，可进行无线数传（9线制标准串行RS232接口），也可进行话音通信；采用二进制移频键控（2FSK）调制解调方式，符合国际电报电话咨询委员会CCITT.23标准。在话带内进行数字传输时，推荐在不高于1200b/s数据率时使用。实际使用时，电台工作于220～240MHz频率范围，采用半双工方式（执行收、发操作，但不能同时进行）即可满足系统要求。
2.2AT89C51串行口工作方式
AT89C51串行口可设置四种工作方式，可有8位、10位和11位帧格式。本系统中，AT89C51串行口工作于方式3，即鳘帧11位的异步通信格式：1位起始位，8位数据位（低位在前），1位可编程数据位，1位停止位。
发送前，由软件设置第9位数据（TB8）作奇偶校验位，将要发送的数据写入SBUF，启动发送过程。串行口能自动把TB8取出，装入到第9位数据的位置，再逐一发送出去。发送完毕，使TI=1。
接收时，置SCON中的REN为1，允许接收。当检测到RXD（P3.0端有“1”到“0”的跳变（起始位）时，开始接收9位数据，送入移位寄存器（9位）。当满足RI=0且SM2=0或接收到的9位数据为1时，前8位数据送入SBUF，第9位数据送入SCON中的RB8，置RI为1；否则，这次接收无效，不置位RI。
串口方式3的波特率由定时器T1的溢出率与SMOD值同时决定：
方式3波特率=T1溢出率/n
当SMOD=0时，n=32；SMOD=1时，n=16。T1溢出率取决于T1的计数速率（计数速率=fosc/12）和TI预置的初值。
定时器T1用作波特率发生器，工作于模式2（自动重装初值）。设TH1和TL1定时计数初值为X，则每过“28-X”个机器周期，T1就会发生一次溢出。初值X确定如下：
X=256-fosc×(SMOD+1)/384×BTL
本系统中，SMOD=0，波行率BTL=1200，晶振fosc=6MHz，所以初值X=F3H。
2.3AT89C51与数字电台的硬件连接
AT89C51与数字电台的硬件连接如图3所示。
系统采用异步串行通信方式传输测量数据。利用单片机串口与数字电台RS232数据口相连。电台常态为收状态（PPT=0，收状态；PPT=1，发状态），单片机P3.5脚输出高电平。单片机使用TTL电平，电台使用RS232电平，由MAX232完成TTL电平与RS232电平之间的转换。3片光电耦合器6N137实现单片机与电台之间的电源隔离，增强系统抗干扰性能。
单片机通过带控制端的三态缓冲门74HC125、非门74HC14控制电台的收发转换，以及指令的接收和数据发送。接收时，P3.5=1,c2=1，74HC125B截止；P3.5经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为低电平，将其置为接收状态；同时c1=0，74HC125A导通，接收的指令由电台的RXD端输入，经MAX232电平变换、光电隔离、74HC125A缓冲门，送入单片机RXD脚。发射时，P3.5=0，经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为高电平，将其置为发射状态；同时c1=1，74HC125A截止，c2=0，74HC125B导通，数据由单片机TXD脚输出，经74HC125B缓冲门、光电隔离、MAX232电平变换，通过电台TXD端口将数据发送出去。
3通信软件设计
通信软件至关重要，一旦出现问题，整个系统就会瘫痪。采取差错控制与容错技术是非常重要的。
*主控站发送的指令中包含一定数量的同步符55H和3字节的密码。测量站在连续收到5个同步符后进行密码验证，验证通过后正式接收指令字节；如未通过，则测量站发一信号让主控站重发，三次验证不过则停发该命令。测量站发/主控站收时，验证方式与此相同。验证通过后，测量站开始发送数据。
*一个指令由3字节构成，第二字节等于第一字节加上35H，第3字节等于第二字节加上36H。如果收到的指令不符合此规则，则重发该命令，连续三次错误时停发。
*主控站每发一个指令，测量站都回送一个应答信号。该应答信号中包含原指令样本。
下面给出单片机串行口与电台的基本通信程序。
初始化程序：
BTLEQU2FH；波特率放在内部RAM的2FH单元
MOVTMOD，#21H；T0方式1，16位计数器，T1方式2，串口用
SETBTR0；启动T0
MOVBTL，#0F3H；波特率设定为1200
MOVSCON，#0C0H；串口方式3，9位数据，禁止接收
接收及验证程序：
NUMEQU2BH；同步符个数值存放在内部RAM的2BH单元
TEMPEQU2CH
ROM-CH：DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H
DB55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H，55H；20字节同步符
MIMDB''''WSC''''：3字节密码“WSC”
SETBP3.5；置电台收状态
SETBREN；允许串口接收
A1：MOVNUM，#0；记录连续到同步符55H的个数
A2：JBRI，A2；串口有数据转A3
A3：CLRRI；清接收中断标志
MOVA，SBUF；读串口数据
CJNEA，#55H，A1；不是同步符转A1
INCNUM；收到的同步符个数加1
MOVA，NUM；取收到的同步符个数
CJNEA，#5，A2；未收够连续5个55H转A2
A4:MOVNUM,#0;密码验证，记录收到密码字节数
A5：MOVDPTR，#MIM；密码字符首址
MOVA，NUM
MOVCA，@A+DPTR；查表取密码
MOVTEMP，A；保存密码
JBRI，A6；串口收完一个字节转A6
…
A6：CLRRI；清接收中断标志
MOVA，SBUF；读串口数据
CJNEA，TEMP，A4；与密码不符转A4
INCNUM；收到的密码个数加1
MOVA，NUM；取已收到的密码字节数
CJNEA，#3，A5；密码未收完转A5
发送程序：
CLRP3.5；置电台发状态
MOVB，#23
MOVDPTR，#ROM-CH
B1：CLRA
MOVCA，@A+DPTR；查表发送同步符和密码共24字节
INCDPTR
LCALLSEND-CH；调发送单字节子程序
DJNZB，B1
…
CLRA
MOVDPTR，#7000H；外部RAM数据首址，发送外部RAM中的数据到电台
B2：CJNER4，#0，B3
CJNER3，#0，B3；R4R3=发送字节数
B3：MOVXA，@DPTR；取数据
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，$；延时4μs
CLRTI
RET
[论文摘要]3G的时代已经来临,其主要技术标准WCDMA和CDMA2000谁优谁劣自然引起了我们的关注。本文从各个方面对两个技术标准做了全面的对比研究。
一、引言
上世纪70年代末,诞生了被称为第一代蜂窝移动通信系统的双工FDMA模拟调频系统,但由于模拟系统固有的先天缺陷,在90年代初被以TDMA为基础的第二代数字蜂窝移动通信系统所取代,相对FDMA系统有诸多优点,如频谱利用率高,系统容量大、保密性好等。与此同时产生了以CDMA为基础的数字蜂窝通信系统,相比TDMA系统具有低发射功率、信道容量大、软容量、软切换、采用多种分集技术等优点。
随着网络的广泛普及,图像、话音和数据相结合的多媒体和高速率数据业务的业务量大大增加,人们对通信业务多样化的要求也与日俱增,而一代二代系统远远不能满足用户的这些需求,所以诞生了第三代移动通信技术,它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式,提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。国际上承认的3G标准有三个:CDMA2000、WCDMA以及TD-SCDMA,这里主要从各个方面做WCDMA和CDMA2000的对比研究。
二、WCDMA和CDMA2000的综合比较
由于WCDMA和CDMA2000这两种技术都是将CDMA技术用于蜂窝系统,许多的思想都是源于CDMA系统,因此WCDMA和CDMA2000有许多相试之处:从双工方式上看,WCDMA和CDMA2000属于FDD模式。WCDMA和CDMA2000都满足IMT-2000提出的技术要求,支持高速多媒体业务、分组数据和IP接入等。但它们在技术实现、规范标准化、网络演进等方面都存在较大差异。
WCDMA和CDMA2000各有优势和缺点。WCDMA技术较成熟,能同广泛使用的GSM系统兼容;相比第二代通信系统能提供更加灵活的服务;而且WCDMA能灵活处理不同速率的业务。其缺点是只能共用现有GSM系统的核心网部分,无线侧设备可以共用的很少。
CDMA2000的优势是可以和窄带CDMA的基站设备很好地兼容,能够从窄带CDMA系统平滑升级,只需增加新的信道单元,升级成本较低,核心网和大部分的无线设备都可用。容量也比IS-95A增加了两倍,手机待机时间也增加了两倍。缺点是CDMA2000系统无法和GSM系统兼容。
1.WCDMA与CDMA2000的物理层技术比较
WCDMA和CDMA2000物理层技术细节上有相似也有差异,由于考虑出发点不同,造成了不同的技术特点。WCDMA技术规范充分考虑了与第二代GSM移动通信系统的互操作性和对GSM核心网的兼容性;CDMA2000的开发策略是对以IS-95标准为蓝本的窄带CDMA的平滑升级。
(1)这两个标准的物理层技术相似点可以归纳为以下几点:
①内环均采用快速功率控制。CDMA系统是干扰受限系统,因此为了提高系统容量,应尽可能的降低系统的干扰。功率控制技术可以减少一系列的干扰,这意味着同一小区内可容纳更多的用户数,即小区的容量增加。因此CDMA系统中引入功率控制技术是非常必要的。
②系统都支持开环发射分集,信道编码采用卷积码和Turbo码。
③系统均采用软切换技术。所谓软切换是指移动台需要切换时,先与新的基站连通再与原基站切断联系,而不是先切断与原基站的联系再与新的基站连通。软切换只能在同一频率的信道间进行,因此模拟系统、TDMA系统不具有这种功能。软切换可以有效地提高切换的可靠性,大大减少切换造成的掉话。
④WCDMA工作频段:1900~2025MHz频段分配给FDD上行链路使用,2110~2170MHz频段分配给FDD下行链路使用,2110~2170MHz频段分配给TDD双工方式使用。其中WCDMA和CDMA2000利用1900~2025MHz频段(上行),2110~2170MHz(下行)。
(2)两个标准的物理层技术差异可以归纳为以下几点:
①扩频码片速率和射频带宽。WCDMA根据ITU关于5MHz信道基本带宽的划分规则,将基本码片速率定为3.84Mcps。WCDMA使用带宽和码片速率是CDMA2000-1X的3倍以上,能提供更大的多路径分集、更高的中继增益和更小的信号开销。CDMA2000分两个方案,即CDMA2000-1X和CDMA2000-3X两个阶段。CDMA2000系统可支持话音、分组数据等业务,并且可实现QoS的协商。室内最高数据速率达2Mbit/s,步行环境384kb/s,车载环境144kb/s。CDMA2000在前向和反向CDMA信道在单载波上采用码片速率1.2288Mcps的直接序列扩频,射频带宽为1.25MHz。
②支持不同的核心网标准。WCDMA要求实现与GSM网络的兼容,所以它把GSMMAP协议作为上层核心网络议;CDMA2000要求兼容窄带CDMA,因此它把ANSI-41作为自己的核心网络协议。
③WCDMA进行功率控制的速度是CDMA2000的2倍,能保证更好的信号质量,并支持多用户。
④为了使支持基于GSM的GPRS业务而部署的所有业务也支持WCDMA业务,为了完善新的数据话音网络,CDMA2000-1x需要添加额外的网元或进行功能升级。
2.WCDMA与CDMA2000网络接口的比较
3G标准的基本目标是能在车载、步行和静止各种不同环境下为多个用户分别提供最高为144kbit/s、384kbit/s和2048kbit/s的无线接入数据速率。为多个用户提供可变的无线接入数率是3G标准的核心要求。CDMA2000可分别用于900MHZ和2GHZ两个频段CDMA2000的码片速率与IS-95相同,两系统可以兼容。WCDMA的码片速率为3.84Mcps,显然WCDMA系统中低速率用户或语音用户的移动台成本会大幅上升,在CDMA2000系统中则不会如此。
WCDMA的接口标准规范、制定严谨、组织严密,而CDMA2000的接口标准严谨性有待加强。IS-95厂家设备难以互通,给运营商设备选型带来了较大问题;3G许诺的高速无线数据服务必须可以和话音一样实现无缝的漫游,这是至关重要的。多媒体信息要漫游、视频通话也要漫游,没有这些基本要素,3G就不能称其为3G。漫游涉及到的不仅仅是技术问题,更重要的是商业利益。在这方面WCDMA显然更胜一筹,它支持全球漫游,全球移动用户均有唯一标识,而CDMA2000尚不能很好做到这一点。
3.WCDMA和CDMA2000网络演进的比较
(1)WCDMA的网络演进技术
现有的GSM系统利用单一时隙可提供9.6kbit/s的数据服务。如果复用多个时隙就能升级为HSCSD(高速电路交换数据)方式;此后出现了GPRS(通用分组无线业务),首次在核心网中引入了分组交换的方式,可提供144kbit/s的数据速率。接着继续升级采用8PSK调制,这样传输速率可以上升至384kbit/s这就是EDGE;WCDMA的数据传输速率将高达2M/s。
(2)CDMA2000网络演进技术
主要的CDMA2000运营商将来自现在的窄带CDMA运营商。窄带CDMA向CDMA2000过渡的方式为IS-95AIS95BIS-95CIMT2000。IS-95A的数据传输速率为14.4kbit/s,为了提供更高的速率,1999年部分厂商开始采用IS-95B标准,理论上支持115.2kbit/s的速率。IS-95C进一步使容量加倍,最后升级为CDMA2000。
窄带CDMA系统向CDMA2000系统的演进分为空中接口、网络接口及核心网络演进等方面。
①目前窄带CDMA系统的空中接口是基于IS295A,其支持的数据速率为14.4kbit/s,由IS295A升级到IS295B,可支持64kbit/s。
②窄带CDMA网络接口的演进主要指窄带CDMA系统A接口的升级和演进。对于窄带CDMA系统,以前其A接口不是规范接口(即不是开放接口),窄带CDMA和GSM的A接口的规范相比较,GSM是先有A接口标准,然后厂家依据标准开发;窄带CDMA是厂家各自开发,然后广泛宣传,最后凭借自身影响修改标准。
③窄带CDMA的核心网在美国经过多年发展后,从IS241A到IS241B到IS241C,我国CDMA试验网和红皮书以IS241C为基础,IS241D规范在1999年底,目前IS241E规范还未正式。
三、WCDMA和CDMA2000在我国的前景
对3G标准的选择不仅要看其技术原理及成熟程度,还要结合本国国情、市场运作状况等因素进行考虑。按目前的进展来看,两种标准最后不能融合成一种,但可以共存。
在我国,GSMMAP网络已形成巨大的规模,欧洲标准的WCDMA在网络上充分考虑到与第二代的GSM的兼容性,在技术上也考虑了与GSM的双模切换兼容,向WCDMA体制的第三代系统演进,从一开始就解决了全网覆盖的问题。而且CDMA2000采用GPS系统,对GPS依赖较大;在小区站点同步方面,CDMA2000基站通过GPS实现同步,将造成室内和城市小区部署的困难,而WCDMA设计可以使用异步基站,运营者独立性强;对于电信设备制造行业,我国在GSM蜂窝移动通信方面发展成熟,而窄带CDMA系统尚未形成规模和产业。
WCDMA采用全新的CDMA多址技术,并且使用新的频段及话音编码技术等。因此GSM网络虽然可采用一些临时的替代方案提供中等速率的数据服务,却不能提供一种相对平滑的路径以过渡到WCDMA。而CDMA2000的设计是以IS-95系统的丰富经验为依据的,因此窄带CDMA向CDMA2000的演进无论从无线还是网络部分都更为平滑。在基站方面只需更新信道板,并将系统软件升级,即可将IS-95基站升级为CDMA2000基站。
由此可见,WCDMA和CDMA2000还将长时间在我国共存,鹿死谁手?尚未分晓。
参考文献:
[1]TeroOjanpera,RamjeePrasad.朱旭红译.宽带CDMA:第三代移动通信技术.北京:人民邮电出版社.
本文以常用的车载物流过程为研究对象，在货柜中部署传感器节点，来实时监测货物运输过程的相关环境参数，WSN中的汇聚节点通过蓝牙传输协议将数据传给作为网关的智能手机，智能手机通过GPS卫星定位将位置信息加入到参数数据中，再通过移动通信网络将数据传输到后台系统中。本论文研究主体为车载部分，其架构如图2所示。
1.1传感器节点的设计本系统中，传感器节点的主要任务是实时监测相关环境参数，并对其他节点转发来的数据进行存储和转发，使数据通过WSN传输到汇聚节点处，其处理能力、存储能力和通信能力要求不高，因此采用简单节约的设计方案。如图3所示，传感器节点由传感器模块、处理器模块、射频模块、电源模块和电路等部分组成。传感器模块负责对所需参数进行采集和模数转换。处理器模块负责控制整个传感器节点的操作，存储和处理传感器模块采集的以及射频模块发送过来的数据。射频模块负责与其他节点之间的通信，对数据进行发送或接收。电源模块负责为整个节点提供运行所需的能量，是决定节点寿命的关键因素之一。电路则包括声光电路、复位电路及接口电路等。（1）处理器模块。处理器模块是传感器节点的核心部分，本设计方案中，处理器选用德州仪器（TI）公司的16位超低功耗微控制器MSP430F135，该处理器采用1.8V-3.6V的低电压供电，可以在低电压下以超低功耗状态工作，非常适合应用在对功耗控制要求甚高的无线传感器网络。该处理器同时拥有较强的处理能力和较丰富的片内资源，拥有16kB闪存、512BRAM、2个16位的定时器、1个通用同步异步接口（USART）、12位的模数转换器（ADC）和6个8位并行接口。（2）射频模块。在无线传感器网络实际应用中，传感器节点既需要发射又需要接收数据，因此本设计方案中的射频模块采用收发一体的无线收发机。射频模块采用Chipcon公司推出的无线收发芯片CC2420，它的工作电压位于2.1~3.6V之间，收发电流不超过20mA，功耗低；其具有很高的集成度，只需要较少的电路就可工作，天线设计采用PCB天线，进一步减小模块体积。CC2420工作在2.4GHz频段上，支持IEEE802.15.4和Zig-Bee协议；采用O-QPSK调制方式，抗邻道干扰能力强；128B接收和128B发射用的数据缓存空间，数据传输速率高达250kb-ps。（3）传感器模块。传感器节点的数据采集部分根据实际需要选择相应的传感器，如温度、湿度、振动、光敏、压力等传感器。本文的研究重点不在传感器上，因此仅以温湿度传感器作为例子。本方案采用Sensirion公司的SHT15温湿度传感器，该传感器将传感元件和信号处理电路集成在一起，输出完全标定的数字信号[3]。其工作温度范围在-40℃-123.8℃之间，其在-20℃-70℃范围内，温度测量精度在±1℃以内；湿度范围在0%-100%之间，在10%-90%范围内，湿度测量精度在±2%以内。
1.2汇聚节点的设计在本系统中，汇聚节点的主要任务是接收传感器节点转发来的数据，进行存储和处理后传输到网关节点处，同时，接收来自网关节点的信息，向传感器节点监测任务。汇聚节点是连接WSN和外部网络的接口，实现两种协议间的转换，使用户能够访问、获取和配置WSN的资源，对其处理能力、存储能力和通信能力要求较高。而为了与传感器节点匹配，汇聚节点的硬件结构与传感器节点基本相似，如图4所示，汇聚节点没有传感器模块，增加了存储器模块和蓝牙通信模块。（1）处理器模块。同样的，处理器模块也是汇聚节点的核心部分，主要负责控制整个汇聚节点的操作，存储和处理来自射频模块或者蓝牙通信模块的数据，再将处理结果交给射频模块或者蓝牙通信模块发送出去。本设计方案中，处理器选用TI公司的16位超低功耗微控制器MSP430F1611，该处理器和MSP430F135一样，可以在1.8V~3.6V的低电压下以超低功耗状态工作，但其拥有更强的处理能力和更丰富的片内资源，48kB闪存和10KBRAM、2个16位定时器、1个快速12位ADC、双12位DAC、2个USART接口和6个8位并行I/O接口。（2）存储器模块。考虑到物流运输过程中环境多变，容易带来一些不确定因素，这些不确定因素可能引起处理器自带的存储器中的数据丢失，因此汇聚节点需要存储一些重要的数据。本设计方案中，汇聚节点的外部存储器芯片选用由Mi-crochip公司生产的24AA64，工作电压低至1.8V，它采用低功耗CMOS技术，工作时电流仅为1mA，而且可以在恶劣的环境下稳定工作。由于汇聚节点对存储容量要求不高，而且24AA64芯片的存储容量为64KB，擦写次数可达到百万次，因此一块芯片即可满足本系统的存储要求。（3）蓝牙通信模块。本系统采用智能手机作为后台系统和WSN之间的网关，来实现远距离的数据传输。为了使汇聚节点与智能手机能够进行通信，采用蓝牙通信协议。而在汇聚节点使用蓝牙通信方式需要增加一个蓝牙通信模块。本设计方案中，采用SparkFun公司的BlueSMiRF模块，其工作电压为3.3V-6V，工作电流最大为25mA，功耗较低；其最大传输距离为100m，通信速率最高可达115200bps；其天线为PCB天线，所需器件很少，故模块的体积很小，可以通过串行接口直接与处理器模块相连。
1.3网关节点的设计本系统要求在后台系统和WSN部署点间进行双向通信，为了实现远距离的数据传输功能，有两种方案，一是汇聚节点增加移动通信模块，如GPRS模块[4]；二是采用智能手机作为后台系统和汇聚节点之间的网关。方案一对汇聚节点的要求进一步提高，不仅处理过程更加复杂，其能量消耗也大大提高；另一方面要实现物流过程的跟踪，还需有定位功能，一般采用GPS模块[5]，这样成本也将大大提高。相比之下，方案二优势明显，采用智能手机可以进行各种复杂的数据处理，进行大量数据的存储，使用移动通信网络与后台系统进行通信，使用内置的GPS定位功能，后台用户可以在紧急事件发生时直接联系货车司机等。因此，本系统采用智能手机作为网关节点。本设计方案中，采用中国移动M811手机作为测试对象，其支持4G/3G/GPRS等移动网络，可以方便地使用移动网络与后台系统进行通信；其具有GPS定位功能，可以实现货车定位；具有蓝牙通信功能，可与汇聚节点间采用蓝牙通信；使用An-droid4.0操作系统，拥有丰富的开源资源，方便软件的设计。
2系统软件部分设计
本系统使用WSN中的传感器节点检测物流过程中相关环境参数并发送到汇聚节点处，由其将数据通过蓝牙连接传输到智能手机，智能手机通过移动通信网络将加入GPS信息的数据传输到后台服务器。系统各部分的工作任务不一，硬件条件也有很大差别，因此系统的软件设计也十分关键。
2.1传感器节点程序设计传感器节点主要承担数据采集和发送的工作，由于其能量及处理资源有限，因此需要采取节能和减少数据处理的设计方案。本设计方案中，传感器节点采取按需求唤醒的工作方式，检测等待时间（等待时间可由后台设置）未到或者没有收到汇聚节点命令时节点处于休眠状态；当等待时间一到或者收到命令时，立刻开始工作，进行采集数据并发送，或者根据命令完成相应操作，完成后又进入休眠状态，等待下一次激活，其程序流程如图5所示。
2.2汇聚节点程序设计汇聚节点的主要任务是接收传感器节点转发来的数据，处理后通过蓝牙传输到网关节点处，同时接收来自网关的命令，完成相应的操作。相比于传感器节点，汇聚节点的工作更加复杂，而且其能量和处理资源也不多，因此采取与传感器节点相似的节能设计方案，将复杂的数据处理工作交予网关节点，其程序流程如图6所示。
2.3智能手机APP设计智能手机作为本系统的网关节点，承担协议转换、数据传输、数据处理等复杂工作，因此开发相应的应用程序（Applica-tionProgram，简称APP）来实现上述功能，其流程图如图7所示。该APP实现对智能手机内部蓝牙模块的调用，通过蓝牙连接与汇聚节点通信；利用智能手机的GPS模块获取位置信息，加入到接收到的传感器数据中，再通过移动通信网络传输到后台系统；接收后台系统的命令，完成相应的操作；同时通过智能手机对应的界面提供数据显示、告警提醒以及日志功能。
3结语
