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(多图) 非标准的无线解决方案

约翰·伦纳德?? Nordic半导体?? 2005年06月14日 ?? 收藏0
前言
  目前有一种看法是,低成本无线通信由蓝牙和ZigBee包揽,深入探讨你就会发现专有的RF替代方案,而且更适合在中国生产的产品。



  如果您认为低成本无线通信就是IEE802下的蓝牙(IEEE802.15)和ZigBee(IEEEE802.15.4),这是情有可原的,毫无疑问他们以来头不小的专业组(Special Interest Groups)以及电子业重量级人物作为靠山,但是他们并非无线通信唯一的选择。
  在广泛应用的个人区域网络(PAN)包括PDA、耳机、移动电话和膝上个人电脑的兼容通信上,蓝牙是一种理想的选择;在这些应用里,遵守标准的确可以免除大量设计的挑战。您可以确保您的设计能与建立在同样标准上的另一方通信,同时获得所需范围和数据传送率。而最近获准通过的ZigBee标准,优化了网络上包括多节点产品的应用,在这种应用,不但要求可靠的通信而且还要求电池寿命可达数年。
  不过,遵守这些标准要付出一定的代价:器件成本昂贵,仅仅为了保持兼容性而需要在数据包通信上付出很大的开销,这又会增加数据传送时间并增加功耗。
  为了确保诸多制造商生产的手机、膝上电脑或无线传感器的互操作性

,需要为802.15方案做大量的设计和测试来确保符合标准,这还算是合情合理,不过,如果应用在一对一的专用链路上,如无线鼠标和键盘之间,它就成了没有必要的开销了。这些低成本、低功耗应用在中国越来越重要,特别是当为出口市场开发创新产品时。
  本文要说明的是,在这种类型应用中选择作者所在公司生产的RF芯片(Nordic半导体的nRF24xx系列)的优势。我们将比较使用蓝牙、ZigBee和nRF来设计无线鼠标来展示这个无线专有方案的优势。在其他相似的应用上,如游戏机控制器以及智能型运动设备上,其基本要素是相同的。
  RF比较
  蓝牙协议允许数据在1个主设备和最多7个从设备(在PAN或piconet中)之间以最高723kbit/s的速率传送。不过,由于通信协议规定各个装置与地址和其他信息标题的类型以确保与其他蓝牙设备兼容,实际实际的速率会比这个数值小。
  标准采用高斯频移键控(GFSK)调制模式,在2.4G频段内使用83个1Mbps的频道。在送到载波之前,GFSK在基带信号上使用高斯过滤。可以平滑高电平("1")低电平("0")。与频移键控(FSK)的直接方法相比,可以给传输信号提供一个较狭和"更干净"的频谱。
  由于蓝牙在免许可证ISM频段下运行,如其他无线技术一样(如Wi-Fi),干扰会削弱速率,原因是,错误的信息包需要重新发送。不过,在1.2版本,通过加入自适应跳频率(AFH)解决了这个难题。这样便能让蓝牙的两个通信设备不断在频段上相互切换频率,以免与附近其他的RF设备碰撞。
  蓝牙设备有三种基本功率电平:1级(100米线视距)、2级(10米)和3级(2-3米)。目前常用的设备为2级。
  在蓝牙网络中的每一个设备都有一个独一无二的48比特识别号码。第一个识别设备(通常在2秒钟内)成为主设备,接着设定为在频段中每秒使用1600次,所有网络中的其他设备将与这个主设备锁定并与其同步。主设备以偶时隙传送,从设备以奇时隙响应。网络中的从设备将被分配一个地址,并收听属于自己的时隙和地址信息。
  从设备也可以进入低功耗的可能进入功率"探测","保持"和"停止"模式。在探测模式中,设备仅仅在指定的探测时隙中静听,但是保持同步。在保持模式中,设备进行收听来确定自身是否需要激活。在停止模式中,设备放弃它的地址。虽然在保持和停止模式下可以延长电池寿命省电,但这也这意味着,设备失去同步,同时重新建链将需要等待时间,这将耗时几秒钟,如果用户要求快速响应,这无疑是一个缺点。
  蓝牙标准包括一系列的应用领域可供选择。不过,所有蓝牙的应用,都必须得到认可,并符合蓝牙标准,同时,所有用户必须是蓝牙特别的成员(www.蓝牙.org)。
  由于来自蓝牙专业组的商业压力,大部分应用领域都适用于移动电话上的媒体和文件的传输应用。因此,应用蓝牙来开发一些较为简单的应用是价值不高并且没有实用价值的。
  ZigBee是最近推出的RF标准,为大量多节点、低功耗、低速率的无线监控应用而开发。
  本标准定义为IEEE802.15.4(参见www.zigbee.com),也是可靠性很高的一种简单数据协议。这包括通知每次传输的应答机制以及其他技术以保持信息的可靠性。ZigBee无须蓝牙的同步功能,因此在一定程度上降低功耗。
  像蓝牙那样,ZigBee工作在ISM 2.4GHz频段(5MHz 16频道)内。本标准也提供在欧洲868MHz(单频道)和US915MHz(2MHz 10频道)频段的版本。它保证250kbit/s的最高速率。
  ZigBee靠DSSS(直接序列扩频)模式来传输数据。DSSS能在一定程度上


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蓝牙? ZigBee? RF?

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