2.4GHz频段新一代点对点无线技术(1)

2.4GHz频段新一代点对点无线技术(1)

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。

433MHz解决方案

有一些频段被大多数政府指定用于ISM和消费型应用，其中，27MHz和433MHz附近的频段最为常用。这些频段虽然可在某些应用中使用，但也有不少缺点。在不同的国家中，433MHz和435MHz之间的RF频谱的不同部分被分配给了无需申请频谱使用许可的应用。有些国家将最大发射功率限制为1mW，另一些国家则将其限制为10mW。有些场合对发射机的最大占空比有所限制，而另外一些场合则没有。在许多情况下，某些类型的数据是不允许传输的。例如，欧洲的某些地区就限制或禁止采用这些频率来传输音频数据。

尽管相关的管制条例在世界范围内存在一定的差异，但是消费电子产品制造商还是找到了利用该频谱来为其客户提供新功能的方法。433MHz频段最为常见的应用是车库门开启装置和车用无钥匙型进入系统，但它也在为数众多的其他应用中得到了广泛的使用。

433MHz频段具有许多特点，从而得到低吞吐量应用的青睐，尤其是专为某一地理区位市场而开发的产品。

低成本-虽然发射器和接收器一般都必须采用专用元器件来设计，但总成本仍然适中。许多制造商可提供合适的接收器IF子系统IC，而且发送器往往可以采用分立晶体管和无源元件来制作。

●合理的传输距离-能够进行10米或者更长距离的可靠数据传输，而且，如果把带宽/吞吐量降低，则传输距离还可以延长。

然而，当电子产品的复杂性随着用户期望值的升高而增加时，433MHz频段的一些不足之处便逐渐凸显出来：

●一个信道的可用带宽是有限的。在大多数场合中，成本效益型的解决方案都将带宽限制在10kbps或更低）。

●可用频谱较窄严重制约了可用信道的数量，即使是在每个信道均采用远远小于最大允许值的频谱宽度时也无济于事。这就限制了能够在相同的一般区域内同时工作的设备的数量。从制造商的角度来看，其缺陷还不止这些：

●缺乏全球性标准意味着同一产品的不同变型往往不得不针对世界范围内的不同市场进行专门的制造。这些变型产品可能采用了稍有不同的频率，或者具有一个不同的RF输出功率。

●由于几乎没有针对工作于该频段的设备的"系统级"标准，开发人员因而往往不得不进行自己的无线电设计。一般来说，他们必须首先选择调制方案和协议等-随后采用通用的标准元器件来设计其无线电发送器和接收器，而不能购置一个集成化的无线电IC并采用一个标准协议。这使得新产品的开发过程既费时、费钱，又充满风险。

●通常各主要世界市场都要求由一个不同的管理机构来对产品进行测试或认证。这也会耗费大量的时间，而且代价高昂。

Bluetooth蓝牙）技术

Bluetooth是一项由蓝牙专业组SIG）制定的用于无线个人区域网络WPAN）的新标准。Bluetooth是一种采用2.4GHz ISM频段的跳频协议。Bluetooth可对多达8个连接成微微网(Piconet)的设备以及多个连接成分散网络的微微网提供支持。许多PDA和蜂窝电话制造商由于以下原因而在其设备中采用了蓝牙技术：

●系统标准-蓝牙专业组定义了针对每一种使用模型的Bluetooth功能标准，从而使得来自不同制造商的蓝牙设备能够具有互操作性。

●带宽-蓝牙技术的最大数据速率为723kbps--远远高于433MHz ISM频段中所能提供的数据速率。

●成本昂贵-由于所需的微处理器和协议使用许可方面的开支，蓝牙解决方案的定价通常在5美元以上。

●保密性-蓝牙技术具有内置授权和鉴权算法以及一种基本的加密算法。虽然蓝牙技术已经在那些必须与来自其他供应商的设备进行互操作的设备中逐渐普及，但对于许多消费电子设备而言，利用它来作为电缆的替代方案在成本和功耗指标方面还很难令人满意。采用蓝牙技术来取代电缆连接的部分主要缺点如下：

●巨大的协议开销-每种蓝牙设备都包含多个协议层。即便是一个简单的蓝牙鼠标也至少包含4个协议层。

●功耗-由于蓝牙技术以及连续的网络流量需要使用较大的微处理器，因此蓝牙设备的电池使用寿命常常只有3个月或更短）。