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主流的三种RF方案及其优缺点比较

05-08
主流的三种RF方案及其优缺点比较
1):蓝牙方案(IEEE802.15)
蓝牙,是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术,能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4GHz  ISM(即工业、科学、医学)频段。其数据速率为1Mbps.采用时分双工传输方案实现全双工传输。
信息时代最大的特点便是更加方便快速的信息传播,正是基于这一点,技术人员也在努力开发更加出色的信息数据传输方式。蓝牙,对于手机乃至整个  IT业而言已经不仅仅是一项简单的技术,而是一种概念。当蓝牙联盟信誓旦旦地对未来前景作着美好的憧憬时,整个业界都为之震动。抛开传统连线的束缚,彻底地享受无拘无束的乐趣,蓝牙给予我们的承诺足以让人精神振奋。
蓝牙协议允许数据在1个主设备和最多7个从设备,最高传输速率为723kbit/s.不过,实际实际的速率会比这个数值小。
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。
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。
2):ZigBee(IEEE802.15.4)
Zigbee是IEEE  802.15.4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞,由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息,也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备。简而言之,ZigBee就是一种便宜的,低功耗的近距离无线组网通讯技术。
在蓝牙技术的使用过程中,人们发现蓝牙技术尽管有许多优点,但仍存在许多缺陷。对工业,家庭自动化控制和工业遥测遥控领域而言,蓝牙技术显得太复杂,功耗大,距离近,组网规模太小等,而工业自动化,对无线数据通信的需求越来越强烈,而且,对于工业现场,这种无线数据传输必须是高可靠的,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰。因此,经过人们长期努力,ZigBee协议在2003年正式问世。另外,Zigbee使用了在它之前所研究过的面向家庭网络的通信协议Home  RF  Lite.
本标准定义为IEEE802.15.4,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。
3):专有方案(A7105方案,与nRF方案类似)
专有方案采用蓝牙的信道模式。专有方案将2.400~2.483GHz之间频带分成166个500KHz带宽的频道,而蓝牙分成83个频道,ZigBee为16频道相比(参见图2),与蓝牙与ZigBee相比,这使A7105专有方案在遭遇从拥挤的频段带来的干扰的时候有更多可用频率。
干扰处理
所有三种无线技术,即蓝牙、ZigBee和专有方案,都有减少在相同频段工作的RF设备干扰的机制。
蓝牙具有频率跳跃扩频(FHSS)机制,能确保79个1MHz频道均匀覆盖以避免不断的频道干扰。
ZigBee利用它的16个频段对付窄带干扰,因此当如果有其他802.11b/g设备的存在时,就更容易受到干扰,这就可能需要等待其他设备终止发送。
专有方案采纳一种更灵活的混合做法。由于它的输出功率适度,干扰不太可能发生。为了最低限度减少电流消耗和复杂性,专有方案不采用扩频模式,碰到干扰,只是简单地以单一频率传送,直至数据包到达为止。如果在发射的过程中需改变频率,则只需简单地通过SPI发送一个单字节命令即可。
有了166个500KHz频道,就可以避开其他设备应用上的传送频率而重新分配频率,即使在机场那样的“热点”,在几分钟乃至几个小时内,频率的重新分配频率也并不频繁。
专有方案与其它两种方案的比较
首先,采用蓝牙方案与ZigBee方案的缺点:第一,为了符合标准,您得达到标准,这将使您付出高昂的NRE费用,用来开始设计和测试兼容性。第二,由于它的特性,标准必须是“一个尺码天下通用”的解决方法--在竞争日益激烈的全球化市场上,您的竞争者拥有与您一样的技术,很难分辨您的产品的优势。最后,标准提供的设计灵活性很小;例如在在您的RF产品上进行降低功耗的工作将会受到限制。
专有方案的优点:成本低,在要求一种产品需要电池寿命长和通信可靠以及实现低占空比方面,nRF专有方案比蓝牙和ZigBee做得更好。
有关的名词的解释:
FSK(Frequency-shift  keying)是信息传输中使用得较早的一种调制方式,它的主要优点是:  实现起来较容易,抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。最常见的是用两个频率承载二进制1和0的双频FSK系统。  技术上的FSK有两个分类,非相干和相干的FSK 。 在非相干的FSK ,瞬时频率之间的转移是两个分立的价值观命名为马克和空间频率,分别为。  在另一方面,在相干频移键控或二进制的FSK ,是没有间断期在输出信号。
高斯频移键控 GFSK - Gauss frequency Shift  Keying ,是在调制之前通过一个高斯低通滤波器来限制信号的频谱宽度。GFSK 高斯频移键控  调制是把输入数据经高斯低通滤波器预调制滤波后,再进行FSK调制的数字调制方式。它在保持恒定幅度的同时,能够通过改变高斯低通滤波器的3dB带宽对已调信号的频谱进行控制,具有恒幅包络、功率谱集中、频谱较窄等无线通信系统所希望的特性。因此,GFSK调制解调技术被广泛地应用在移动通信、航空与航海通信等诸多领域中。

表达的很详细,不错,学习了

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