2.4GHz频段上新一代点对点无线技术

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作者：迷乐苍龙 2008-4-3 14:57:19 您是本贴的第个阅读者

替代电缆的解决方案

　　在设备之间实现无线通信是许多消费产品开发人员由来已久的梦想。然而，长期以来，无线电频谱资源一直是各国政府的管制对象，对其使用有着种种限制，目的是防止来自不同信号源的RF信号相互干扰。在大多数国家里，大部分无线电频谱是为广播、电视、军事、应急服务以及近期迅速普及的移动电话之用而保留的。

　　正是因为认识到了短距离、低带宽数据通信在许多工业、科学和医学（ISM）应用中所具有的价值，一直以来，各国政府都把少量的RF频谱留待无需申领许可的应用之用。在这些频谱内，产品的最终用户不必向其政府或某个管理机构申请特殊的许可便能使用各种设备。随着20世纪末消费类电子产品的飞速发展，消费型应用也开始利用这些频谱资源了。

　　在这些频率的分配或者发射功率的极限值、占空比以及可以传输的数据类型等方面，各国政府之间几乎没有相互协调的传统。这就造成了世界范围内相关管制条例的混乱，不同的管辖范围允许以不同的方式或为了不同的目的来使用该频谱的不同频段。本文将首先对433MHz ISM频段、Bluetooth 2.4GHz协议和新型非联网2.4GHz协议做一个分析，然后以WirelessUSB LS为例来阐明将非联网2.4GHz协议用于取代消费电子设备的连接电缆所具备的好处。

　　
　　2.4GHz非联网解决方案

　　虽然433MHz系统和蓝牙技术能够满足诸多应用的需要，但是，对于大多数消费电子设备而言，用它们作为电缆替代方案要么局限性过大，要么成本过高而且复杂。正在开发中的新型无线技术基于这样的前提：即诸如鼠标、键盘和消费电子设备等简单的点对点应用并不需要采用复杂的联网协议。

　　与采用433MHz ISM频段的技术相比，采用2.4GHz ISM频段的技术具有以下优点：

　　●标准的管制条例-由于802.11和蓝牙技术支持者的努力（他们与许多国家的无线电频率管理机构进行了合作，以谋求消除国家之间在有关管制条例方面的差异），目前大多数国家都对2.4GHz ISM频段有着相似的管制条例。这使得采用2.4GHz技术的产品无需改变频率或发射功率便可在世界范围内销售。

　　●系统级标准-2.4GHz非联网技术采用集成无线电IC和标准协议，从而大幅度地缩短了将这些技术集成到器件设计中所需的开发时间。

　　●带宽-2.4GHz ISM频段的宽度超过83MHz--远远宽于433MHz ISM频段。这使得可以有更多的设备共享这一频段且彼此之间没有干扰。

　　与蓝牙等重型联网协议相比，非联网技术还具有一些至关重要的优点。首先便是成本。非联网技术无需采用大量的协议栈，这使得它们能够采用更小、更廉价的微处理器。另一个优点是功耗。较轻的协议加上强健的纠错能力有助于减少无线电传送时间，这直接影响到功耗并使设备具有较长的电池使用寿命。

　　这些优点表明：2.4GHz非联网技术将433MHz解决方案的低成本与蓝牙技术的长处结合在了一起，旨在实现健壮、轻型技术，以显著地减少在给消费电子设备增添无线功能时所花费的时间和成本。

　　WirelessUSB：无网络开销的2.4GHz技术

　　由赛普拉斯半导体公司开发的WirelessUSB是非联网2.4GHz技术的一个范例。与蓝牙技术相似，WirelessUSB将2.4GHz ISM频段划分为78个1MHz信道。但它并没有像蓝牙技术那样采用跳频扩频（FHSS）。FHSS系统希望通过在载频之间的不断跳跃来确保传输数据的某些部分能够被正确地接收。即使有些信道完全阻塞，在其他信道上传送的数据仍将正常通过。而WirelessUSB只采用了一个信道和直接在使用一个信道之前，WirelessUSB设备检查该信道上的其他流量。另外还对信号强度进行测量以确定噪声层。如果有另一个WirelessUSB或2.4GHz设备正在使用该信道，则该设备将转移至另一个信道以实现与这些设备的共存。

　　DSSS系统增加了工作范围并降低了误码率。此类系统将每个数据位作为一个伪噪声（PN）代码来传输；PN代码的每个码元被称为"片"（chip）。当存在干扰（或靠近工作范围的极限值处）时，接收到的传输PN代码往往会有一些"片"被损坏。DSSS接收器采用数据相关器来对输入数据流进行解码。如果"片"误差的数量低于相关器的误差阈值，则数据将被正确接收。

　　如果相关器的误差阈值被超过，则接收数据位不被损坏；它?quot;删除"。数据损坏超过数据删除的概率可以忽略不计。纠正"删除"要比纠正"误差"容易得多。通过对每个数据字节进行"异或"操作，并将合成校验和作为每个分组的最终字节来传输，即可采用该校验和来对一个接收分组的每个码位位置中的一个误差进行校正。

　　因此，即使是在那些遭受了会引发10%以上的"片"误差率的干扰的频率上，WirelessUSB系统也能够成功地接收无误差数据。这使得WirelessUSB通常具有抗干扰能力并有望实现50米（或更长）的工作距离。

　　由于2.4GHz ISM频段得到了如此广泛的应用，因此很有可能遇到干扰特别严重的情况，即便采用了上述的强大纠错功能也无法对众多的不合格分组进行校正。在这种场合，WirelessUSB协议能够使发送器和接收器自动切换至一个无干扰信道以避免干扰。

　　PN代码系统简化了多用户的并置。在该情形下，多个WirelessUSB系统可使用同一个信道，前提是它们采用不同的PN代码且相邻系统距接收器的距离至少为其距本地系统中的设备的三倍。通过将2.4GHz ISM频段划分成80个独立的信道并允许相邻系统进行信道重用，可以把许多WirelessUSB系统布设在同一区域内，从而使该技术能够在教室或办公室环境中得到推广应用。

　　最后，WirelessUSB协议专门针对低功耗器件进行了优化。只需少量的1～4字节分组即可建立一个连接。一旦连接完成，即没有信标分组或其他不必要的流量。每个应用数据分组包含一个一字节信头和用于纠错的一字节校验和。该协议健全且足够轻，使得一个WirelessUSB键盘能够在采用三节AA电池的情况下连续工作达一年之久。采用该技术的芯片订价在2美元以下。一个用于该设计的无线电部分的双层PCB布局实例（包括PCB印制线天线）被作为WirelessUSB开发套件的一部分提供给用户。它免除了进行复杂的RF电路布局和天线设计的需要。当采用PCB印制线天线时，开发人员不需要具备2.4GHz天线设计方面的知识。WirelessUSB IC仅需的外部元件是若干去耦电容器、一个四元件无源天线匹配网络和一个廉价的13MHz、50ppm晶体。该设计方法使得能够将整个RF PCB（包括天线和IC）放入一个面积仅1平方英寸左右的区域内。

　　结论

　　433MHz和蓝牙技术虽然适合于某些应用，但并非低成本无线设备的理想选择。新型非联网2.4GHz技术集433MHz与蓝牙技术两者的优点于一身，从而造就了采用少量协议的集成无线电IC。这些非联网2.4GHz技术是家庭影院、鼠标、键盘、游戏控制器、无线玩具和许多其他消费电子设备的理想之选。

作者：夜之曲 2008-4-3 15:50:00
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看来局域网将会很快被2.4GHz技术取代

作者：音乐狂享曲 2008-4-3 16:20:35
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2.4G无线技术在家庭影院上的优势要比其他的无线方式大很多，买无线影院一定要买2.4G的

作者：天外来声 2008-4-3 16:31:15
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2.4G无线技术的兼容性大，世界上通用开放的频段

作者：G大调第13号小夜曲 2008-4-5 16:40:29
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重要的是这个频段是对人的身体没有任何辐射的，可以放心使用

作者：上帝赐予我左手 2008-4-7 10:44:49
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带宽-2.4GHz ISM频段的宽度超过83MHz--远远宽于433MHz ISM频段。这使得可以有更多的设备共享这一频段且彼此之间没有干扰。

我觉得这个才是强大的地方，不会互相干扰，那就稳定很多

作者：花开无声 2008-4-7 14:16:51
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以下是引用G大调第13号小夜曲在2008-4-5 16:40:29的发言：

重要的是这个频段是对人的身体没有任何辐射的，可以放心使用

无线给大家带来方便的同时，最让大家担心的就是辐射问题了，而2.4GHZ这种没有辐射的频段无疑很好的解决了这个问题