《远程医疗系统中 Wlan 与蓝牙模块的共存性研究1.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《远程医疗系统中 Wlan 与蓝牙模块的共存性研究1.doc（4页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、精品论文推荐远程医疗系统中 Wlan 与蓝牙模块的共存性研究1林美善，吕英华，杨文翰，王雪 北京邮电大学电子工程学院，北京 (100876) E-mail：style_lim摘要：本文测试了远程医疗系统中蓝牙与 802.11g 模块的频谱，以此分析了蓝牙与 802.11g 相互干扰的原理。并设计实验测试了蓝牙与 802.11g 模块同时工作时的吞吐量，证明了系统 抗电磁干扰能力达到了实用的要求。关键词：蓝牙802.11g电磁干扰 中图分类号：1引言通过把多种不同无线技术融合在一起，下一代的无线系统将给用户提供更为广阔的也更 为细化的服务，以满足人们各种不同的需求。WLAN1技术着眼于实现无线以
2、太网的功能， 支持多点网络，可传送多播、广播、单播分组,传送速度可达54Mbit/s,覆盖范围约100m，可 保持较持久的接入时间。蓝牙2着眼于电缆替代,以其低成本、低功耗、轻巧、易于联网等特 点，更适于对等的暂时性连接,实现短时间突发性的数据交换。本实验室开发的远程医疗系 统就是融合了这两者的一个具体应用。但由于两者同样都运行在2.4GHz 的ISM 频段，一定 距离内同时工作会彼此影响。文献3建立了两者共存分析模型，但没有具体应用场景的分 析，文献4做了实验，分析了Wlan传输吞吐量在蓝牙干扰环境下的影响，但没有做蓝牙对 Wlan的干扰。本文针对本实验室开发的远程医疗系统，具体的研究了蓝牙
3、与Wlan在同一系统中的共 存性。研究分两部分，先用频谱分析仪测试了蓝牙，802.11g的频谱，在频域中分析了干扰 机理。再具体测试了远程医疗系统中802.11g及蓝牙模块同时工作时吞吐量的影响。实验结 果证明了系统抗电磁干扰能力达到了使用的要求。2远程医疗系统简介本实验室开发的是应用于突发公共事件救援指挥的应急通信系统，系统要求能够在监控 中心完成指挥控制功能，即可以实时显示现场的视频图像、了解现场情况变化、随时与现场人员进行通话并下达指令、掌握现场各人员位置和设备配备情况。其功能结构如下：图 1 系统功能结构蓝牙主要传输心电信号，传输速率在 8kbps 就能达到使用要求。Wlan 传输视频
4、、音频、 心电数据及控制信息，传输速率在 5Mbps 就能达到使用要求。1本课题得到国家自然科学基金项目（60671055，60771060），高等学校博士学科点专项科研基金资助课题（20070013002）的资助。-4-3实验及结果分析实验环境选在了学校主楼地下室，地下室屏蔽效果较好，电磁环境比较干净。房间布局 见图 2 所示。测试系统及频谱仪放在图示的桌子上，桌子离地高度 1m。实验用频谱仪为泰 克 WCA200A， 天线：I SM 频段（2.400GHz2.483GHz），14dB 增益的定向天线。3.1 频谱测试图2 实验环境示意图图3 802.11g频谱图图4 蓝牙频谱图只开着 80
5、2.11g，通过从监控中心向监控终端连续发包，两 Wlan 单元相距 10m。天线 放监控终端旁边。图 3 为所测得的频谱图。WLAN1应用在2.4GHz的频段，802.11g主要是使用直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum)，并占有20MHz的带宽。802.11g的应用频段从24002483MHz，由于其带 宽为20MHz，所以在同一时间只容许有3个通道通信。从图3可以看出，Wlan在通信时固定 的占用一个信道，频带在22MHz。图中所示功率在-35dBm，加上频谱仪衰减20dB，减去天 线增益14dB，其功率在-29dBm。只开着蓝牙，通过从监护终端向
6、监控终端连续发包，两蓝牙单元相距 5m。天线放监控终端旁边。图 4 为所测得的频谱图。蓝牙2SIG 定义大多数国家的频段为 24002500GHz 其中分配了 79 个跳频信道每个频 道为 1MHz 带宽。对于法国等少数国家这段频段为 2.44652.4835MHz,分配了 23 个 1MHz 带宽跳频信道。扩频技术将窄带信号扩展到 2.4002.4835GHz 的频带范围，在一个频点上发 射短的猝发信号然后跳到另一频点再发射下一个猝发信号，在蓝牙 FHSS 方案中发射机载波跳变的顺序由伪随机跳频序列来确定，每个匹克网 Pico net 都有唯一的一个跳频序列，对于单时隙分组跳频速率是 160
7、0 跳/秒，对于多时隙分组速率有少许的降低。从图 4 可以看出蓝 牙通信时的调频机制，其每个 1MHz 的频点随机的出现在 ISM 的整个频段上。而从图 4 可 以看到接收到的蓝牙功率在-50dBm 左右，加上频谱仪衰减 20dB，减去天线增益 14dB，其 功率在-44dBm。Wlan 当同信道载干比 C/I 是 21dB，也就是说当期望信号比同频率其他信号高 21dB 时 系统的性能得到保障。而蓝牙载干比 C/I 是 11dB 时，系统性能可以得到保障5。由上面分 析可知，只有两个 802.11g 终端单独通信时，只占着从 2.402GHz 到 2.422GHz 这一个信道， 信号能量在-
8、29dBm，而蓝牙随机的在整个 ISM 频段跳频，能量在-44dBm。两者信道有重合 的地方，单从图 3，4 看冲撞的概率接近 1/3。能量 Wlan 比蓝牙高 15dB，对蓝牙来说，干 扰信号比它本身信号能量还大，而 Wlan 的 C/I 达不到 21dB，所以双方都会对对方造成干扰。3.2 吞吐量实验为了测试 Wlan 和蓝牙相互之间影响具体有多大，本文参考文献3设计了以下实验，实 验在图 2 所示环境下完成，监控终端与监护终端放实验室桌子上，监控中心的电脑拿到实验 室门外距监控终端 10m 处。具体设置看图 5。图5 吞吐量测试方位示意图首先测试 802.11g 在蓝牙影响下的吞吐量，通
9、过 Wlan 从监控中心向监控终端连续发包， 记录下在没有蓝牙及有蓝牙干扰下 802.11g 的吞吐量与时间的关系，结果如图 6 所示。可以 看到没有蓝牙干扰的情况下，平均吞吐量在 17.966Mbps，而在蓝牙干扰情况下，平均吞吐 量下降到 17.697Mbps，只下降了 1.5%，这个下降量对系统的正常工作基本不产生影响。图6 在蓝牙干扰下的802.11g吞吐量图7 在802.11g干扰下的蓝牙吞吐量再测试蓝牙在 802.11g 影响下的吞吐量，通过蓝牙从监护终端向监控终端连续发包，记 录下在没有 802.11g 及有 802.11g 干扰下蓝牙的吞吐量与时间的关系，结果如图 7 所示。可
10、以看到没有 802.11g 干扰的情况下，平均吞吐量在 0.568Mbps，而在 802.11g 干扰情况下，平均吞吐量下降到 0.105Mbps，下降了 80%多，可见 802.11g 对蓝牙的性能影响很大。但是 医疗系统用蓝牙传输的心电信号，不压缩的心电信号只要 8kbps 就能正常传输了，所以尽管 蓝牙性能下降较大，但也能满足系统的使用要求。实验结果表明，蓝牙和 Wlan 同时工作时，蓝牙的性能下降了 80%，而 Wlan 的性能只 下降了 1.5%。从本文第 2 节叙述可知，蓝牙与 Wlan 频谱中碰撞几率对两者来说是一样的， 但是蓝牙的接收功率比 Wlan 的功率小了 15dB，每当
11、蓝牙信道跳频到 Wlan 信道频段时，蓝 牙的信号总是被 Wlan 的高功率信号所淹没，就算蓝牙信道没跟 Wlan 信道碰撞，由于能量 差别较大，蓝牙的信号也会被相邻信道的大功率 Wlan 信号所干扰，所以蓝牙性能在 802.11g 干扰下大幅度的下降。考虑到系统的实际应用，对蓝牙的传输要求较低，对实时的视频传输要求较高，现有的 系统设计已经能满足正常的使用。但为了提高系统整体的抗电磁干扰性，在保证 Wlan 正常 工作的前提下，可以加大蓝牙模块的功率，均衡蓝牙与 Wlan 受到的影响。4总结本文通过实测集成在同一系统中的 Wlan 与蓝牙模块的频谱图，对 Wlan 及蓝牙的相互 干扰有了直观
12、的认识。并实验测试了 Wlan 与蓝牙同时工作时，Wlan 与蓝牙性能所受的影 响，发现 Wlan 性能下降很小，而蓝牙性能下降了 80%。虽然如此，远程医疗系统还是可以 正常运行。参考文献1 IEEE standard 802.11 Wireless Medium Access Control and Physical Layer Specifications 1999. 2 Bluetooth SIG, “Specifications of the Bluetooth System Version 1.2,” Nov. 20033 Souissis, Meihoferef. Perform
13、ance evaluation of a Bluetooth network in the presence of adjacent and co-channel interferenceA. Proc .of IEEE Emerging Technologies Symposium :Broadband, Wireless InternetAccessC. Richardson. TX, USA ,April 10-11,2000.4 Shuaib, K. Performance analysis co-existence of IEEE 802.11g with BluetoothJ. W
14、ireless and OpticalCommunications Networks, 2005. WOCN 2005. Second IFIP International Conference on 6-8 March 2005Page(s):40 445 杨光松, 石江宏, 孙建民. 蓝牙抗干扰技术及 2.4GHz 无线网络频率共存分析J. 信息技术,2003,VOL.27 NO.9:810Study on Wlan and Bluetooth Coexistence in Telemedicine systemLin Meishan，Lv Yinghua，Yang Wenhan，Wang
15、 XueSchool of Electronic Engineering of Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing, PRC(100876)AbstractThis paper investigate the coexistence of 802.11g with Bluetooth in telemedicine system by testing the spectrums. And prove that the telemedicine system meet the practical requirements by examining thethroughput of 802.11g and Bluetooth within a particular environment.Keywords: Bluetooth802.11gelectromagnetic interference作者简介：林美善，女，1983 年生，硕士研究生，主要研究方向是视频图像处理及电磁兼 容。
