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在醫療設備中開發利用5GHz頻段

上網時間: 2012年10月12日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:醫療設備  5GHz  頻段  2.4GHz 

作者:Chris Bolinger

工程技術副總裁

Summit Data Communications公司

21世紀初,被稱為Wi-Fi的無線區域網路成為一種主流技術。筆記型電腦這類運算設備開始支援IEEE 802.11b標準,這種標準的最高數據速率為11Mb/s,工作在2.4GHz頻段。在802.11b之後是802.11g,後者速率比前者快5倍,接著是802.11n,其數據速率可比有線網路速率。今天,Wi-Fi不僅被廣泛用於運算類設備,而且被用於醫療設備,如成像系統、病人監護系統和輸液泵。

絕大多數Wi-Fi客戶端設備工作在2.4GHz頻段。在這個頻段只有三個非重疊的訊息通道可用,因此每個Wi-Fi客戶端設備和基礎設備設備(如接取點(AP))必須工作在這三個訊息通道中的一個訊息通道上。當兩個工作在同一訊息通道上的Wi-Fi客戶端設備或接取點設備相互靠得較近時,其中一個設備的發射訊號將成為另一個設備的干擾或雜訊。2.4GHz頻段也是微波爐、嬰兒監視器、某些無線電話和藍牙使用的頻段。雖然一個Wi-Fi客戶端設備只在一個訊息通道上發射訊號,但其它無線設備可能在整個頻段上造成干擾。在許多醫院,2.4GHz頻段中的無線業務幾乎達到飽和狀態。隨著Wi-Fi不斷普及,確保2.4GHz頻段上的可靠連接越來越具挑戰性。

幸運的是,還有另外一個頻段可供Wi-Fi使用,即5GHz頻段。這個頻段可以提供多得多的Wi-Fi訊息通道(北美有23個)。由於很少有設備工作在5GHz,這個頻段要相對乾淨許多。然而,5GHz頻段的Wi-Fi部署有別於2.4GHz頻段的部署。下面就討論其中的一些差異。

多徑

聲波碰到物體會產生反射,並以不同的時間到達目的地,結果就形成了回波。當Wi-Fi發射訊號碰到物體產生反射並以不同時間到達目的地時,也會產生多徑傳播現象。多徑傳播通常會對Wi-Fi工作產生負面影響,因為傳輸訊號的接收方必須篩選並排序訊號的多份拷貝,因為其中一些訊號的到達順序是亂的。5GHz頻段中的多徑傳播效應要比2.4GHz頻段更加顯著。

覆蓋範圍

覆蓋範圍是指Wi-Fi客戶端與接取點可以設立並保持連接的最大距離。因為波形特性、訊號衰減、數據速率和發射功率等原因,5GHz時的覆蓋範圍一般要小於2.4GHz。

在室內,頻率和訊號傳播距離之間呈反比關係──頻率越高,訊號傳播的距離就越短。5GHz時的Wi-Fi使用的頻率近似於2.4GHz的Wi-Fi所用頻率的兩倍(如圖1所示)。因此,工作在2.4GHz頻段的設備的覆蓋範圍通常要比工作在5GHz頻段的設備大。


圖1: 2.4GHz和5GHz的波形。

衰減指的是一個訊號被物體吸收的程度。較低頻率的無線電波滲透固體的程度通常要比較高頻率的無線電波高。5GHz電波被普通建築材料衰減的程度就比2.4GHz要高。另一方面,2.4GHz波形是水吸收的最佳頻率。微波爐工作在2.4GHz就是因為食物中的水份很容易吸收這個頻率的微波能量並產生熱量。

較低數據速率的工作距離要比較高數據速率時遠,因此在2.4GHz時的較低數據速率也能導致更大的覆蓋範圍。工作在2.4GHz頻段的Wi-Fi無線電設備支援802.11b(包括802.11g或802.11n),而802.11b支援的數據速率要比5GHz頻段中的802.11a和802.11n標準低。

然而,802.11b的1Mb/s和2Mb/s最低速率對今天即使是最中等性能要求的網路設備來說也是不夠的。一些醫院關閉了這些最低速率,即使它們支援更大的範圍,因為工作在如此低數據速率的連接沒有任何實際好處,還會降低802.11g設備的性能。

影響覆蓋範圍的最後一個因素是發射功率。因為5GHz時的發射功率一般要比2.4GHz時的發射功率低,因此5GHz的覆蓋範圍要小於2.4GHz。


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