射頻(RF)是Radio Frequency的縮寫(xiě),表示可以輻射到空間的電磁頻率,頻率范圍從300KHz~300GHz之間。射頻簡(jiǎn)稱(chēng)RF射頻就是射頻電流,它是一種高頻交流變化電磁波的簡(jiǎn)稱(chēng)。每秒變化小于1000次的交流電稱(chēng)為低頻電流,大于10000次的稱(chēng)為高頻電流,而射頻就是這樣一種高頻電流。高頻(大于10K);射頻(300K-300G)是高頻的較高頻段;微波頻段(300M-300G)又是射頻的較高頻段。在電子學(xué)理論中,電流流過(guò)導(dǎo)體,導(dǎo)體周?chē)鷷?huì)形成磁場(chǎng);交變電流通過(guò)導(dǎo)體,導(dǎo)體周?chē)鷷?huì)形成交變的電磁場(chǎng),稱(chēng)為電磁波。在電磁波頻率低于100khz時(shí),電磁波會(huì)被地表吸收,不能形成有效的傳輸,但電磁波頻率高于100kHz時(shí),電磁波可以在空氣中傳播,并經(jīng)大氣層外緣的電離層反射,形成遠(yuǎn)距離傳輸能力,我們把具有遠(yuǎn)距離傳輸能力的高頻電磁波稱(chēng)為射頻;射頻技術(shù)在無(wú)線通信領(lǐng)域中被廣泛使用,有線電視系統(tǒng)就是采用射頻傳輸方式。
主流的三種RF方案及其優(yōu)缺點(diǎn)比較
1):藍(lán)牙方案(IEEE802.15)
藍(lán)牙,是一種支持設(shè)備短距離通信(一般10m內(nèi))的無(wú)線電技術(shù)。能在包括移動(dòng)電話(huà)、PDA、無(wú)線耳機(jī)、筆記本電腦、相關(guān)外設(shè)等眾多設(shè)備之間進(jìn)行無(wú)線信息交換。利用“藍(lán)牙”技術(shù),能夠有效地簡(jiǎn)化移動(dòng)通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡(jiǎn)化設(shè)備與因特網(wǎng)Internet之間的通信,從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無(wú)線通信拓寬道路。藍(lán)牙采用分散式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及快跳頻和短包技術(shù),支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)及點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信,工作在全球通用的2.4GHz ISM(即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué))頻段。其數(shù)據(jù)速率為1Mbps.采用時(shí)分雙工傳輸方案實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸。
信息時(shí)代最大的特點(diǎn)便是更加方便快速的信息傳播,正是基于這一點(diǎn),技術(shù)人員也在努力開(kāi)發(fā)更加出色的信息數(shù)據(jù)傳輸方式。藍(lán)牙,對(duì)于手機(jī)乃至整個(gè) IT業(yè)而言已經(jīng)不僅僅是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的技術(shù),而是一種概念。當(dāng)藍(lán)牙聯(lián)盟信誓旦旦地對(duì)未來(lái)前景作著美好的憧憬時(shí),整個(gè)業(yè)界都為之震動(dòng)。拋開(kāi)傳統(tǒng)連線的束縛,徹底地享受無(wú)拘無(wú)束的樂(lè)趣,藍(lán)牙給予我們的承諾足以讓人精神振奮。
藍(lán)牙協(xié)議允許數(shù)據(jù)在1個(gè)主設(shè)備和最多7個(gè)從設(shè)備,最高傳輸速率為723kbit/s.不過(guò),實(shí)際實(shí)際的速率會(huì)比這個(gè)數(shù)值小。
高斯頻移鍵控(GFSK)調(diào)制模式,在2.4G頻段內(nèi)使用83個(gè)1Mbps的頻道。在送到載波之前,GFSK在基帶信號(hào)上使用高斯過(guò)濾。可以平滑高電平(“1”)低電平(“0”)。與頻移鍵控(FSK)的直接方法相比,可以給傳輸信號(hào)提供一個(gè)較狹和“更干凈”的頻譜。
藍(lán)牙設(shè)備有三種基本功率電平:1級(jí)(100米線視距)、2級(jí)(10米)和3級(jí)(2-3米)。目前常用的設(shè)備為2級(jí)。
在藍(lán)牙網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)設(shè)備都有一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的48比特識(shí)別號(hào)碼。第一個(gè)識(shí)別設(shè)備(通常在2秒鐘內(nèi))成為主設(shè)備,接著設(shè)定為在頻段中每秒使用1600次,所有網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備將與這個(gè)主設(shè)備鎖定并與其同步。主設(shè)備以偶時(shí)隙傳送,從設(shè)備以奇時(shí)隙響應(yīng)。網(wǎng)絡(luò)中的從設(shè)備將被分配一個(gè)地址,并收聽(tīng)屬于自己的時(shí)隙和地址信息。
從設(shè)備也可以進(jìn)入低功耗的可能進(jìn)入功率“探測(cè)”,“保持”和“停止”模式。在探測(cè)模式中,設(shè)備僅僅在指定的探測(cè)時(shí)隙中靜聽(tīng),但是保持同步。在保持模式中,設(shè)備進(jìn)行收聽(tīng)來(lái)確定自身是否需要激活。在停止模式中,設(shè)備放棄它的地址。雖然在保持和停止模式下可以延長(zhǎng)電池壽命省電,但這也這意味著,設(shè)備失去同步,同時(shí)重新建鏈將需要等待時(shí)間,這將耗時(shí)幾秒鐘,如果用戶(hù)要求快速響應(yīng),這無(wú)疑是一個(gè)缺點(diǎn)。
2):ZigBee(IEEE802.15.4)
Zigbee是IEEE 802.15.4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。這一名稱(chēng)來(lái)源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動(dòng)翅膀的“舞蹈”來(lái)與同伴傳遞花粉所在方位信息,也就是說(shuō)蜜蜂依靠這樣的方式構(gòu)成了群體中的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備。簡(jiǎn)而言之,ZigBee就是一種便宜的,低功耗的近距離無(wú)線組網(wǎng)通訊技術(shù)。
在藍(lán)牙技術(shù)的使用過(guò)程中,人們發(fā)現(xiàn)藍(lán)牙技術(shù)盡管有許多優(yōu)點(diǎn),但仍存在許多缺陷。對(duì)工業(yè),家庭自動(dòng)化控制和工業(yè)遙測(cè)遙控領(lǐng)域而言,藍(lán)牙技術(shù)顯得太復(fù)雜,功耗大,距離近,組網(wǎng)規(guī)模太小等,而工業(yè)自動(dòng)化,對(duì)無(wú)線數(shù)據(jù)通信的需求越來(lái)越強(qiáng)烈,而且,對(duì)于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),這種無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸必須是高可靠的,并能抵抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁干擾。因此,經(jīng)過(guò)人們長(zhǎng)期努力,ZigBee協(xié)議在2003年正式問(wèn)世。另外,Zigbee使用了在它之前所研究過(guò)的面向家庭網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議Home RF Lite.
本標(biāo)準(zhǔn)定義為IEEE802.15.4,也是可靠性很高的一種簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)協(xié)議。這包括通知每次傳輸?shù)膽?yīng)答機(jī)制以及其他技術(shù)以保持信息的可靠性。ZigBee無(wú)須藍(lán)牙的同步功能,因此在一定程度上降低功耗。
像藍(lán)牙那樣,ZigBee工作在ISM 2.4GHz頻段(5MHz 16頻道)內(nèi)。本標(biāo)準(zhǔn)也提供在歐洲868MHz(單頻道)和US915MHz(2MHz 10頻道)頻段的版本。它保證250kbit/s的最高速率。
3):專(zhuān)有方案(A7105方案,與nRF方案類(lèi)似)
專(zhuān)有方案采用藍(lán)牙的信道模式。專(zhuān)有方案將2.400~2.483GHz之間頻帶分成166個(gè)500KHz帶寬的頻道,而藍(lán)牙分成83個(gè)頻道,ZigBee為16頻道相比(參見(jiàn)圖2),與藍(lán)牙與ZigBee相比,這使A7105專(zhuān)有方案在遭遇從擁擠的頻段帶來(lái)的干擾的時(shí)候有更多可用頻率。
干擾處理
所有三種無(wú)線技術(shù),即藍(lán)牙、ZigBee和專(zhuān)有方案,都有減少在相同頻段工作的RF設(shè)備干擾的機(jī)制。
藍(lán)牙具有頻率跳躍擴(kuò)頻(FHSS)機(jī)制,能確保79個(gè)1MHz頻道均勻覆蓋以避免不斷的頻道干擾。
ZigBee利用它的16個(gè)頻段對(duì)付窄帶干擾,因此當(dāng)如果有其他802.11b/g設(shè)備的存在時(shí),就更容易受到干擾,這就可能需要等待其他設(shè)備終止發(fā)送。
專(zhuān)有方案采納一種更靈活的混合做法。由于它的輸出功率適度,干擾不太可能發(fā)生。為了最低限度減少電流消耗和復(fù)雜性,專(zhuān)有方案不采用擴(kuò)頻模式,碰到干擾,只是簡(jiǎn)單地以單一頻率傳送,直至數(shù)據(jù)包到達(dá)為止。如果在發(fā)射的過(guò)程中需改變頻率,則只需簡(jiǎn)單地通過(guò)SPI發(fā)送一個(gè)單字節(jié)命令即可。
有了166個(gè)500KHz頻道,就可以避開(kāi)其他設(shè)備應(yīng)用上的傳送頻率而重新分配頻率,即使在機(jī)場(chǎng)那樣的“熱點(diǎn)”,在幾分鐘乃至幾個(gè)小時(shí)內(nèi),頻率的重新分配頻率也并不頻繁。
專(zhuān)有方案與其它兩種方案的比較
首先,采用藍(lán)牙方案與ZigBee方案的缺點(diǎn):第一,為了符合標(biāo)準(zhǔn),您得達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),這將使您付出高昂的NRE費(fèi)用,用來(lái)開(kāi)始設(shè)計(jì)和測(cè)試兼容性。第二,由于它的特性,標(biāo)準(zhǔn)必須是“一個(gè)尺碼天下通用”的解決方法--在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的全球化市場(chǎng)上,您的競(jìng)爭(zhēng)者擁有與您一樣的技術(shù),很難分辨您的產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)。最后,標(biāo)準(zhǔn)提供的設(shè)計(jì)靈活性很小;例如在在您的RF產(chǎn)品上進(jìn)行降低功耗的工作將會(huì)受到限制。
專(zhuān)有方案的優(yōu)點(diǎn):成本低,在要求一種產(chǎn)品需要電池壽命長(zhǎng)和通信可靠以及實(shí)現(xiàn)低占空比方面,nRF專(zhuān)有方案比藍(lán)牙和ZigBee做得更好。
有關(guān)的名詞的解釋?zhuān)?br />
FSK(Frequency-shift keying)是信息傳輸中使用得較早的一種調(diào)制方式,它的主要優(yōu)點(diǎn)是:實(shí)現(xiàn)起來(lái)較容易,抗噪聲與抗衰減的性能較好。在中低速數(shù)據(jù)傳輸中得到了廣泛的應(yīng)用。最常見(jiàn)的是用兩個(gè)頻率承載二進(jìn)制1和0的雙頻FSK系統(tǒng)。技術(shù)上的FSK有兩個(gè)分類(lèi),非相干和相干的FSK 。 在非相干的FSK ,瞬時(shí)頻率之間的轉(zhuǎn)移是兩個(gè)分立的價(jià)值觀命名為馬克和空間頻率,分別為。 在另一方面,在相干頻移鍵控或二進(jìn)制的FSK ,是沒(méi)有間斷期在輸出信號(hào)。
高斯頻移鍵控 GFSK - Gauss frequency Shift Keying ,是在調(diào)制之前通過(guò)一個(gè)高斯低通濾波器來(lái)限制信號(hào)的頻譜寬度。GFSK 高斯頻移鍵控調(diào)制是把輸入數(shù)據(jù)經(jīng)高斯低通濾波器預(yù)調(diào)制濾波后,再進(jìn)行FSK調(diào)制的數(shù)字調(diào)制方式。它在保持恒定幅度的同時(shí),能夠通過(guò)改變高斯低通濾波器的3dB帶寬對(duì)已調(diào)信號(hào)的頻譜進(jìn)行控制,具有恒幅包絡(luò)、功率譜集中、頻譜較窄等無(wú)線通信系統(tǒng)所希望的特性。因此,GFSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在移動(dòng)通信、航空與航海通信等諸多領(lǐng)域中。
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