ism频段无线通信模块设计

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1、第一章引言1．1ISM频段概述ISM(Industrial，ScientificandMedical)频段即工业，科学和医用频段，这是一个自由开放的短距离无线通信频段，主要用于工业、科学研究医疗方面的无线通信应用。各国的ISM频段的规定不尽相同，世界各国均保留了其他一些无线频段。在美国，该频段是依据美国联邦通信委员会(FCC)所定义出来，并且规定了ISM频段设备的发射功率小于lW，可用的频段包括：27MHz，260--一470MHz和902"～928MHz和2．4GHz。其中260～470MHz频段对数据传输的类型有所限制，而其

2、他频段则没有这样的限制。ISM频段在欧洲的标准中心频率为433MHz、868ⅧZ和2．4GHz，900MHz的频段则有部分用于GSM通信。中国目前可以使用的ISM频段和相关技术要求可参看我国的无线管理的相关规定【l】。目前，国际上最常用的ISM频段是433MHz、868MHz和915MHz。在这些频率中，2．4GHz为各国共同的ISM频段。无线局域网，蓝牙，ZigBee等无线网络均工作在2．4GHz频段上。(这些频段均属UHF频段)由于这些频率均不需许可申请，任何个人与单位都可以无执照地使用ISM频段【2】。在过去几年里，我国的

3、射频技术取得了突飞猛进的进步，并由此产生了许多新的无线应用。其中大多数应用(例如蓝牙、WLAN802．1lb／g以及数字无绳电话，无线鼠标等)都使用未授权ISM频段。随着现今对小业务流量、低成本、低功耗的无线通信需求的逐渐增强，ISM频段可以很好的应用于各种场合，如与计算机串口的无线互联，工业控制、科学研究、医疗及家庭无线接入控制(如自动车库门开关，汽车无线钥匙，家庭无线门窗锁，无线遥控玩具，无线远程抄表或者利用无线摄像机发送视频等)。这些需求具有数据量小，使用不受限制，结构简单、价格低廉、可靠性高等特点。相较于长距离无线通信系

4、统，短距离无线通信系统无须申请无线频道；发射功率小(一般在几州到几百pW)；通信距离短(几emN几百m)；以室内应用为主；使用全向天线或线路板天线；功耗低等特尉31。因此，工作在ISM频段的通信电子科技大学硕士学位论文设备，可直接由射频模块、MCU控制模块和底层的传输协议实现无线通信。如图1．1所示的是个典型的短距离无线通信系统示意图。1．2课题的来源及意义图1-1短距离无线通信系统本课题来源于中国测试技术研究院开发项目“X射线kv测量"中的“无线数据传输系统”子课题。课题的任务是对测量的X射线kV值数据在开放的ISM频段下实现

5、无线传输。以往对X射线进行kV值测量时，采用一次仪表(模拟信号)通过长电缆将物理量传输出屏蔽室后进行显示等，一方面电缆漏电等因数增加测量误差，另一方面X射线机房环境较高的屏蔽要求造成了一定程度上的布线不方便；改用数据通过长电缆传输出后但仍然不能克服布线不方便、灵活性差等缺点。基于上述的问题，通过不断的探讨和论证解决办法，并从环境适应性以及实现的难度和成本考虑，采用数字无线方式来传输数据，并将频率设计在开放的ISM频段下。但在无线传输过程中，发现了以下几个问题：1)同一地点多台相同型号的X射线KV测量仪同时工作时，无线电频道被占用

6、，造成无线通信不能正常工作；2)同一地点其他工作在该频段的无线数据传输设备(如PDA)，由于出现无线电频道被占用、或邻频干扰，而造成较高的误码率；3)其他大功率的无线通信设备干扰造成通信中断。造成这一现象的原因是，由于ISM频段开放性的特点，许多短距离无线通信设备均工作于这一频段。由此带来的问题是工作在该频段的数据接收／发送机容易出现相互间频道占用、邻频干扰等问题，经常容易导致通信的堵塞或中断的现象。2￡第一章引言为解决上述问题，保证设备通信的稳定性，通过不断的探讨和论证解决办法，在查阅了有关ISM频段的使用状况之后，发现目前在

7、较低UHF的ISM频段下缺少全球通用的通信标准，也无采用抗干扰技术通信模块。目前，利用无线方式传输X射线kV测量值在国内尚未见有产品，且现成的射频模块没有抗干扰的措施，难以满足本项目的要求。从系统模块集成的方面考虑，结合X射线kV值测量的环境特点，自行开发设计了基于ISM频段的集成于“X射线kV表"内的无线通信模块，并结合系统设计的要求，在ISM频段下采用跳频抗干扰的方式进行通信。该射频通信模块的应用不仅解决了整机系统开发的关键问题之一，为X射线kV测量传输方式提供了一种新的思路，同时也有利于产品升级和和后续的软件的开发，并为在

8、ISM频段下如何更有效和可靠的通信提供了有益的尝试和探讨。1．3抗干扰技术发展动态及前景．目前通信抗干扰的方式主要是扩展频谱通信(SpreadSpectrumCommunication)。扩展频谱通信具有的抗干扰，抗噪音，抗多径衰落，保密，高精度测量等特性，使得