2.4-GHz ISM頻段中的主要標準概述

rookie 2011-09-29

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隨著越來越多的企業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品使用2.4 - GHz無線電頻譜,，設計師不得不考慮來自其他來源信號,。由于標準規(guī)定了未授權頻段狀態(tài)，因此無線電設備必須考慮到干擾,。

在這些不利的條件下,，設計師如何才能使他們的2.4 - GHz解決方案性能最好呢？通常是產(chǎn)品是實驗室環(huán)境下進行測試的,，但其性能由于實際中其他2.4 – GHz產(chǎn)品的干擾而使性能大大下降,。2.4 – GHz頻段現(xiàn)有的標準主要有Wi - Fi，藍牙和ZigBee等,。當設計師掌握了這些協(xié)議后,，將會使產(chǎn)品盡量減少來自其他來源的干擾。

在本文中,，我們將介紹2.4 GHz的主要標準技術：Wi-Fi,，藍牙（Bluetooth），無線USB （WirelessUSB）,，ZigBee,，2.4 - GHz的無繩電話。

1,、

2.4 GHz的ISM頻段無線頻率調(diào)制有兩種：跳頻擴頻（FHSS）和直接序列擴頻（DSSS）,。藍牙使用FHSS而WirelessUSB,，802.11b/g/a （一般稱為Wi-Fi的）和802.15.4（稱為ZigBe的結合上網(wǎng)絡層）利用DSSS。所有這些技術都在全球范圍內(nèi)的ISM頻段（2.400 “ 2.483千兆赫）上實施,，這是在全球上市（如圖1）。

Wi-Fi主要的激勵是數(shù)據(jù)吞吐量,。Wi-Fi是通常被用來連接計算機到本地局域網(wǎng)（和間接到Internet）,。大多數(shù)Wi-Fi設備的筆記本電腦不是每日充電就是直接插入墻上的電源，因此對電源要求并不敏感,。

Wi-Fi使用DSSS系統(tǒng),，每個通道帶寬22兆MHz，同時可允許使用多達三個不互相重疊相同帶寬的信道,。每一個Wi - Fi接入點所使用的信道必須手動配置; Wi - Fi客戶端搜索可用接入點的所有信道,。

802.11使用11位的Barke偽隨機噪聲（PN）碼來為原始1和2 Mbit/s數(shù)據(jù)傳輸速率的每一個信息比特進行編碼。為了實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率,，802.11b使用補碼鍵控（CCK）6位信息比特編碼到8碼片符號當中,。

用CCK算法有64個可能的符號，這就要求每個802.11b的無線電具有64個分離的相關器（該設備負責把符號轉(zhuǎn)化為信息比特）,，這增加了復雜性和成本的電臺,，但使數(shù)據(jù)速率提高到11 Mbit / s。

Figure 1: Signal comparison of wireless systems operating in the 2.4-GHz band.

2,、藍牙（

藍牙的重點是手機,，耳機和PDA之間的互操作性。大部分藍牙設備需要經(jīng)常充電,。

藍牙使用FHSS技術,，將2.4 GHz的ISM頻段分割為791 MHz的信道。藍牙設備之間在偽隨機模式下的每秒在79個信道中跳頻1600次,。連接藍牙設備分組成被稱為piconets的網(wǎng)絡 ;每個piconet包含一個主和最多7個激活的從屬器,。每個piconet信道的跳頻序列來自于主時鐘。所有的從屬設備必須保持時鐘同步,。

前向糾錯（FEC）是用在所有包頭,，每比特在包頭中傳輸三次。漢明碼也用于某些類型數(shù)據(jù)有效載荷的前向糾錯,。漢明碼使每個數(shù)據(jù)包中引入了50％的多余比特,，但其能夠糾正所有單一錯誤，并能夠檢測到每15位碼字中兩個錯誤（每15位碼字包含10位信息）,。

3,、無線USB （WirelessUSB）

WirelessUSB已被設計為一個電纜的計算機輸入設備（鼠標，鍵盤等）,，也將目標瞄準了無線傳感器網(wǎng)絡,。WirelessUSB設備不定期充電，通過堿性電池來保證其能夠運行幾個月。

WirelessUSB與藍牙使用無線電信號的相似,，但使用DSSS而不是FHSS,。每個WirelessUSB信道為1 MHz帶寬，像藍牙一樣把WirelessUSB 2.4 GHz的ISM頻段分為1到79 MHz的信道,。WirelessUSB設備的頻率變換靈活,，換句話說，他們使用的“固定”信道,，但如果原始信道質(zhì)量并非最優(yōu),，將動態(tài)變化信道。

WirelessUSB 采用偽噪聲（偽）碼來編碼每一個信息比特,。大多數(shù)的WirelessUSB系統(tǒng)使用兩個32-碼片PN碼,，允許兩個信息比特率編碼在每一個32-碼片符號中。這個方案每個符號可以糾正三個錯誤,，每個符號最多可以檢測10個碼片錯誤,。雖然使用32-碼片（有時是64） PN碼限制了WirelessUSB數(shù)據(jù)速率（62.5 kbit / s），但數(shù)據(jù)的完整性大大高于藍牙,，尤其是在嘈雜的環(huán)境,。

4、

ZigBee為一個用于設計傳感器和控制網(wǎng)絡的標準化解決方案,。大多數(shù)ZigBee設備對功耗很敏感（恒溫器,，安全傳感器等），通常要求電池壽命達到幾年,。

ZigBee的還采用了在868 MHz頻段（歐洲）,，915兆赫頻帶（北美），以及2.4 GHz的ISM頻段（全球上市）的直接序列擴頻無線電信號,。定義了在2.4 - GHz的ISM頻段16個信道;每個信道帶寬3 MHz和每個信道中心頻率間隔為5MHz,，一對信道之間有2MHz的保護帶寬。

ZigBe采用11位PN碼,，每個符號編碼4位信息比特,，它的最高數(shù)據(jù)速率達到128Kbps 。物理和MAC層是由IEEE 802.15.4工作組規(guī)定,，與IEEE 802.11b標準共享許多相同的設計特點,。

5、2.4 - GHz的無繩電話

在北美2.4 GHz的無繩電話正變得越來越普遍,，其并不使用一個統(tǒng)一標準網(wǎng)絡技術,。有些電話使用DSSS;但最普遍使用FHSS。采用DSSS和其他使用固定通道算法的電話通常有一個“頻道”按鈕,，手機用戶可以手動更改頻道,。采用FHSS的電話沒有“通道”按鈕,，因為它們是不斷變化的信道。大多數(shù)的2.4GHz無繩電話使用的信道帶寬為5到10 MHz ,。