wireless communications

1 红外通信的基本原理
红外通信是利用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。发送端采用脉冲调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；接收端将接收到的光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。

简而言之，红外通信的实质就是对二进制数字信号进行调制与解调，以便利用红外信道进行传输；红外通信接口就是针对红外信道的调制解调器。

2 Wireless Telecommunication Networks
Wireless Personal Area Networks（W-PAN): In-room

Infrared, point-to-point, 40-50m, 1Mbps

Radio frequency, Bluetooth, 10m, 1998

Wireless Local Area Networks (W-LAN): In-Building

IEEE802.11a, IEEE802.11b, 200m

Two modes: Infrastructure and ad-hoc

Wireless Wide Area Networks (W-WAN): Wide area

GSM, CDPD, MobiTex, RBOC

Satellite Networks

A downlink technology

Mobile computers can only receive direct broad cast from satellite

3 几种可行的定位技术
① 低频射频。低频传感器一般工作在一些特定的频率，如418MHz、433MHz、900MHz等。采用低频射频技术的系统中必须存在射频发射器和射频接收器，系统利用信号的到达时差（TDOA）或者信号的长度来测量对象的三角位置。但是这种技术的定位误差太大，一般为1~3m，因此不能为普适计算所用。

② 红外线。采用红外线定位技术的系统，一般通过移动设备在一个预定的时间间隔内发射红外波来实现。系统通过接收这些红外波并计算到达时间（TOA）来测量对象的位置，但其缺点是容易受到太阳光的干扰，而且精确度不高，不能满足室内定位感知系统的要求。

③ 全球定位系统（GPS）。GPS是近几年来得到广泛应用的定位系统，它利用卫星系统来实现定位功能。但是一旦在室内，卫星信号便会丢失，GPS系统就失去了功能，无法进行定位服务；而且其定位的误差一般达到10m，因此无法被应用到模型中去。

④ 超声波。超声波传感器一般工作在40~130kHz的范围内，它利用信号的到达时间TOA进行精确的距离计算，系统利用这些距离信息进行三边测量运算。超声波接收器测量其与发射器的距离时使用一个预定的频率。通过使用多个接收器，一般一个二维定位测量必须最少有2个，最好用4个或更多个，才可能得出一个比较精确的结果。主要是因为超声波信号容易受到高频信号的干扰，而且容易因为反射而得到错误结果。在AT&T实验室的Bat系统中，定位所产生的误差能够被控制在3cm以内；因此，超声波技术是一项适合普适计算的技术。

 

4 802.11
802 11ｂ的物理层采用直接序列扩频。介质访问控制层(ＭＡＣ)采用载波监听多路访问/冲突避免(ＣＳＭＡ/ＣＡ)协议。802 11规范定义了两种访问无线介质的方式:具有冲突检测的载波

5 陆地勇士计算机系统（90年代后期）
摩托罗拉公司为调整后的"陆地勇士"计算机计划设计的士兵计算机／电台分系统由单兵计算机、单兵电台、班长电台、GPS接收机和系统接口五部分组成。这五部分的技术规格如下：

单兵计算机（可穿戴计算机）：采用"奔腾"75MHz处理器、32MB随机存取存储器、340MB硬盘驱动器和85MB快擦写存储器系统。具有模块式可升级体系结构，重1.125公斤，体积10.6×7.0×1.7英寸。计算机重要性能包括：地图和位置信息处理、报告生成、视频帧接收器、模块式可扩充总线、模块式快擦写海量存储器、复杂电源管理、用于控制和认证的可升级语言处理能力以及为控制整个分系统提供接口等。

单兵电台：能为下车步兵提供班内无线电通信，能同时进行保密话和保密数据通信，并使单兵连入战术互联网。士兵电台工作在L波段1775～1850MHz，采用最小频移键控（MSK）调制和时分多址联接（TDMA）网络，能三向工作（允许三人同时进行话音通信，且班内所有成员都能听到）。数据率64kb/s，能传送文本和图像数据。发送功率1瓦，通信距离为视距1公里。重量约0.3公斤，工作温度为-15～+49℃，体积4.5×3×1.5英寸。

班长电台：这种电台能把"陆地勇士"的指挥控制通信与上级指挥系统连接起来，也能在班长和排长之间收发数据。班长电台能与改进型SINCGARS无线网兼容，能以单信道方式和跳频方式工作，工作频段30～80MHz，通信距离为视距5公里，可传话、保密话和数据。重约0.3公斤，工作温度为-15～+49℃，体积为5.5×3.1×1.0英寸。

GPS接收机：采用P/Y码，5信道，可升级到12个信道。能提供军用方格坐标、通用横向麦克托方洛坐标／统一球面投影格网和纬度／经度位置数据。可作成手表戴在手腕上或作成卡插接在计算机上。

系统接口：VGA或RS-170，作为与头盔或带触摸屏的手持显示器的接口；热辐射武器瞄准器或电视摄像机，作为视频输入接口；电台接口（两个内部接口，一个外部接口）；4信道激光探测器、PCI和ISA扩展用总线，键盘／鼠标、RS-232和"以太网"。
必须指出的是，士兵计算机／电台分系统有一个庞大的战场C4I网络在支持其运行。目前美陆军用来支持"陆地勇士"这个分系统的有GPS、陆军战术指挥控制系统（ATCCS）和新研制的"附加"式指挥控制系统（又称21世纪部队旅和旅以下作战指挥系统）及战术互联网等。

6 数字化战场
Content: increase vastly the speed and capacity to collect, organize, store, process, tailor and distribute information. Why? Defence needs to evolve from the “push / pull information” model,  “pushing” information around leads to information overload “pulling” information may not be able to be found in time.

Request: 各类数字化装备系统应尽量做到多平台通用化，多功能一体化，系统结构标准化、模块化，

组成：指挥自动化系统，即C3I或C4I系统，也有人称之为电子化作战指挥系统；数字化作战平台系统；单兵数字化系统；

五位一体的数字化装备体系结构，具体包括：信息处理设备，即计算机装置，这是战场数字化网络各节点和所属许多数字化武器装备中的核心部件；数字通信设备，它用于战场数字化网络各节点之间近实时地交换信息；定位和识别系统，它包括定位报告系统和战斗识别系统，用于使指战员正确掌握敌我友三方的位置信息，提高敌我识别能力；指挥控制系统，是数字化部队中各种武器装备、各军兵种之间的“粘合剂”、“合成剂”；情报与侦察系统，用于收集、传输情报信息，为指战员决策提供依据。

单兵数字化系统：它是对士兵从头到脚的所有穿戴和装备进行整体设计，将信息探测、采集、处理、数字通信、数字控制和人体保护等多种先进技术应用于单兵配备的武器装备上而构成的一种综合作战系统。武装了这种系统的士兵将具有个人无线电收发、网络通信、GPS类型的导航定位、夜视、敌我识别、告警和对某些精确制导武器与信息化弹药的发射指挥等功能。

7 无线通信距离的计算
这里给出自由空间传播时的无线通信距离的计算方法：所谓自由空间传播系指天线周围为无限大真空时的电波传播，它是理想传播条件。电波在自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所吸收，也不会产生反射或散射。

通信距离与发射功率、接收灵敏度和工作频率有关

［Lfs］(dB)=32.44+20lgd(km)+20lgf(MHz)

式中Lfs为传输损耗，d为传输距离，频率的单位以MHz计算。 由上式可见，自由空间中电波传播损耗（亦称衰减）只与工作频率f和传播距离d有关，当f或d增大一倍时，［Lfs］将分别增加6dB.

下面的公式说明在自由空间下电波传播的损耗

Los = 32.44 + 20lg d(Km) + 20lg f(MHz)

Los 是传播损耗，单位为dB，d是距离，单位是Km，f是工作频率，单位是MHz

下面举例说明一个工作频率为433.92MHz，发射功率为＋10dBm(10mW)，接收灵敏度为-105dBm的系统在自由空间的传播距离：  

1.      由发射功率+10dBm，接收灵敏度为-105dBm ，Los = 115dB

2.     由Los、f 计算得出d =31公里

    这是理想状况下的传输距离，实际的应用中是会低于该值，这是因为无线通信要受到各种外界因素的影响，如大气、阻挡物、多径等造成的损耗，将上述损耗的参考值计入上式中，即可计算出近似通信距离。

假定大气、遮挡等造成的损耗为25dB，可以计算得出通信距离为：   d =1.7公里

8 Wi-Fi，即无线保真度，是一种无线电技术
它不需要网线就能实现计算机之间的连接以及计算机与因特网的连接。通过Wi-Fi网络，用户可以象不同工作站之间的互联一样共享文档和方案，轻易实现旅行中宽带因特网联接。通过Wi-Fi网络，每个人可以将桌面电脑、膝上型电脑以及PDA连接起来，共享服务器和打印机等外围设备。

Wi-Fi基于电气和电子工程师协会IEEE 802.11系列标准的无线局域网产品的互用性认证。所谓无线局域网WLAN，是局域网的一种，使用高频无线电波而不是电线在节点之间通信。

Wi-Fi网络使用 IEEE 802.11b 或 802.11a 无线电技术以提供安全，可靠，快速的无线连通性。Wi-Fi网络可以用来互相链接计算机，链接计算机上互联网，和使用IEEE 802.3或 以太局域网 的架线的网络。Wi-Fi网络在无执照的2.4和5千兆赫无线电频带经营，数据速率可以高达11 Mbps (802.11b)，54 Mbps (802.11a)，或包含以上两条频带的产品(双重频带)，因此它能在许多办公室内实况表现中，媲美基本 10BaseT 架线以太网