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避免2.4GHz ISM頻段各種類型無線設備干擾的技術

發布時間:2007/8/30 0:00:00 訪問次數:477


        每一種標準2.4GHz聯網技術都進行了必要的設計折衷來減小干擾的影響或完全避免干擾。設計者可通過以下方法將其系統設計成具有頻率捷變性,即:使用由正在實施的標準所提供的步驟、或采用本文所提到的方法并結合諸如RSSI的無線電特性來構建其自己的協議等,通過這些方法可使產品在當前惡劣的2.4GHz ISM頻段環境下良好地工作。

        隨著越來越多的公司生產使用2.4GHz ISM頻段的產品,設計人員必須處理來自其他來源的更多信號。管理免許可頻段的規章表明,您的設備必須考慮干擾問題。

        設計人員如何使處于這種苛刻條件下的2.4-GHz解決方案獲得最大性能呢?產品往往在受控的實驗室環境下工作得很好,但在現場卻會由于受到其它2.4GHz解決方案的影響而使性能顯著下降。以現有的標準,如Wi-Fi、藍牙及ZigBee等,絕大多數產品是以標準制定者所提供的方法來實現。但如果設計人員控制協議時,則存在一些可將外來干擾減至最小的方法和步驟。

2.4GHz聯網技術原理分析

1.Wi-Fi系統

        跳頻擴頻(FHSS)與直接序列擴頻(DSSS)是兩種用于免許可2.4GHz ISM頻段中射頻調制的方法。藍牙采用FHSS,而無線USB 802.11b/g/a(常稱為Wi-Fi)及802.15.4(當與頂部聯網層結合時稱為ZigBee)則采用DSSS。所有這些技術都工作于全球通用的ISM頻段(即2.400-2.483 GHz)。

圖1:工作于2.4GHz IFM頻段無線系統的信號比較。

        采用Wi-Fi的主要推動因素是數據吞吐量。Wi-Fi一般用來將計算機與本地局域網相連(以及直接與互聯網相連)。目前大多數Wi-Fi設備為可每天充電的筆記本電腦或用市電供電的接入點,因此對供電問題并不敏感。

        Wi-Fi采用DSSS,其每信道帶寬為22MHz,故允許同時采用三個分布式信道而不會互相重疊。每個Wi-Fi接入點所使用的信道均需人工配置,Wi-Fi客戶會搜索可用接入點的所有信道。

        802.11采用一種稱為巴克碼的11位偽隨機噪聲(PN)編碼來對每一原始數據速率為1及2Mbps的信息位進行編碼。為達到更高的數據速率,802.11b利用補碼鍵控(CCK)將6個信息位編碼為8碼片符號。

        這種CCK算法可使用64個符號,要求每一個802.11b無線電均含有64個單獨的相關器(即用于將符號轉換為信息位的器件),這雖然會增加無線電的成本與復雜性,但可將數據速率提高至11Mbps。

2.藍牙系統

        藍牙技術則側重于蜂窩手機、無繩電話與PDA之間的互操作性。大多數藍牙設備均可定期充電。

        藍牙采用FHSS并將2.4GHz ISM頻段劃分成79個1MHz的信道。藍牙設備以偽隨機碼方式在這79個信道間每秒鐘跳1,600次。所連接藍牙設備被分組到稱為微網的網絡中:每一個微網均包含一個主設備及七個從設備。每個微網的信道跳頻序列源于主設備的時鐘。所有從設備均必須保持與此時鐘同步。

        通過將數據包頭中的每一位發送三次,可對所有數據包頭執行前向糾錯(FEC)。亦可將漢明碼用于某類數據包數據載荷的前向糾錯。漢明碼雖會對每一個數據包帶來50%的開銷,但能糾正所有單個15位碼字(每個15位碼字包含10位信息)中所有一位錯誤并檢測兩位錯誤。

3.無線USB

        無線USB被設計成計算機輸入設備(鼠標、鍵盤等)連接電纜的封殺者,且其目標還瞄準無線傳感器市場。無線USB設備無需定期充電,被設計成可使用堿性電池工作數月。

        無線USB采用類似于藍牙的無線電信號,但是采用了DSSS而不是FHSS。每一個無線USB信道寬1MHz,故允許無線USB像藍牙那樣將2.4GHz ISM頻段分割成為79個1MHz信道。無線USB設備具有頻率捷變特性,換言之,它們雖采用“固定”信道,但如果最初信道的鏈路質量變得不理想,則會動態地改變信道。

        無線USB采用偽隨機噪聲(PN)碼來編碼每一個信息位。大多數無線USB系統都使用32碼片PN編碼,以便在每一個32碼片符號中編碼兩位信息位。這種方案可糾正3個碼片錯誤(每符號),并能檢測10個碼片錯誤(每符號)。盡管采用32碼片(有時甚至


        每一種標準2.4GHz聯網技術都進行了必要的設計折衷來減小干擾的影響或完全避免干擾。設計者可通過以下方法將其系統設計成具有頻率捷變性,即:使用由正在實施的標準所提供的步驟、或采用本文所提到的方法并結合諸如RSSI的無線電特性來構建其自己的協議等,通過這些方法可使產品在當前惡劣的2.4GHz ISM頻段環境下良好地工作。

        隨著越來越多的公司生產使用2.4GHz ISM頻段的產品,設計人員必須處理來自其他來源的更多信號。管理免許可頻段的規章表明,您的設備必須考慮干擾問題。

        設計人員如何使處于這種苛刻條件下的2.4-GHz解決方案獲得最大性能呢?產品往往在受控的實驗室環境下工作得很好,但在現場卻會由于受到其它2.4GHz解決方案的影響而使性能顯著下降。以現有的標準,如Wi-Fi、藍牙及ZigBee等,絕大多數產品是以標準制定者所提供的方法來實現。但如果設計人員控制協議時,則存在一些可將外來干擾減至最小的方法和步驟。

2.4GHz聯網技術原理分析

1.Wi-Fi系統

        跳頻擴頻(FHSS)與直接序列擴頻(DSSS)是兩種用于免許可2.4GHz ISM頻段中射頻調制的方法。藍牙采用FHSS,而無線USB 802.11b/g/a(常稱為Wi-Fi)及802.15.4(當與頂部聯網層結合時稱為ZigBee)則采用DSSS。所有這些技術都工作于全球通用的ISM頻段(即2.400-2.483 GHz)。

圖1:工作于2.4GHz IFM頻段無線系統的信號比較。

        采用Wi-Fi的主要推動因素是數據吞吐量。Wi-Fi一般用來將計算機與本地局域網相連(以及直接與互聯網相連)。目前大多數Wi-Fi設備為可每天充電的筆記本電腦或用市電供電的接入點,因此對供電問題并不敏感。

        Wi-Fi采用DSSS,其每信道帶寬為22MHz,故允許同時采用三個分布式信道而不會互相重疊。每個Wi-Fi接入點所使用的信道均需人工配置,Wi-Fi客戶會搜索可用接入點的所有信道。

        802.11采用一種稱為巴克碼的11位偽隨機噪聲(PN)編碼來對每一原始數據速率為1及2Mbps的信息位進行編碼。為達到更高的數據速率,802.11b利用補碼鍵控(CCK)將6個信息位編碼為8碼片符號。

        這種CCK算法可使用64個符號,要求每一個802.11b無線電均含有64個單獨的相關器(即用于將符號轉換為信息位的器件),這雖然會增加無線電的成本與復雜性,但可將數據速率提高至11Mbps。

2.藍牙系統

        藍牙技術則側重于蜂窩手機、無繩電話與PDA之間的互操作性。大多數藍牙設備均可定期充電。

        藍牙采用FHSS并將2.4GHz ISM頻段劃分成79個1MHz的信道。藍牙設備以偽隨機碼方式在這79個信道間每秒鐘跳1,600次。所連接藍牙設備被分組到稱為微網的網絡中:每一個微網均包含一個主設備及七個從設備。每個微網的信道跳頻序列源于主設備的時鐘。所有從設備均必須保持與此時鐘同步。

        通過將數據包頭中的每一位發送三次,可對所有數據包頭執行前向糾錯(FEC)。亦可將漢明碼用于某類數據包數據載荷的前向糾錯。漢明碼雖會對每一個數據包帶來50%的開銷,但能糾正所有單個15位碼字(每個15位碼字包含10位信息)中所有一位錯誤并檢測兩位錯誤。

3.無線USB

        無線USB被設計成計算機輸入設備(鼠標、鍵盤等)連接電纜的封殺者,且其目標還瞄準無線傳感器市場。無線USB設備無需定期充電,被設計成可使用堿性電池工作數月。

        無線USB采用類似于藍牙的無線電信號,但是采用了DSSS而不是FHSS。每一個無線USB信道寬1MHz,故允許無線USB像藍牙那樣將2.4GHz ISM頻段分割成為79個1MHz信道。無線USB設備具有頻率捷變特性,換言之,它們雖采用“固定”信道,但如果最初信道的鏈路質量變得不理想,則會動態地改變信道。

        無線USB采用偽隨機噪聲(PN)碼來編碼每一個信息位。大多數無線USB系統都使用32碼片PN編碼,以便在每一個32碼片符號中編碼兩位信息位。這種方案可糾正3個碼片錯誤(每符號),并能檢測10個碼片錯誤(每符號)。盡管采用32碼片(有時甚至

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