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1GHz以下频带短距离无线系统设计要点

作者:RFID世界网 收编 来源:电子元件技术 2010-06-03 10:13:45

摘要:Bluetooth、WLAN、ZigBee等短距离无线技术之装置(SRD)日益增加,本文将锁定使用全球不需执照授权的1GHz以下频带进行详细介绍,并分析跳频展频(FHSS)、直接展频(DSSS)等不同宽带调变技术,以及各国相关现行做法,提供1GHz以下频带无线系统设计者最佳开发导览。

关键词:无线系统[1篇]  无线技术[15篇]  FHSS[0篇]  DSSS[0篇]  频带[0篇]  


  宽频调变:DSSS

  除了FHSS,直接展频(DSSS)也被新的欧洲法令所纳入,在DSSS系统中,窄带的信号被乘上一高速虚拟乱数(PRN)序列,以产生出展频信号。每一个PRN脉冲称为一个"chip",而序列的速率则是叫作"chiprate"。至于原始窄带信号所能展开的程度,则是称之为处理增益(processinggain),此为chiprate(RC)对窄带资料符号率(narrowbanddatasymbolrate)的比值。图二所示为FHSS与DSSS的比较。


图二.FHSS与DSSS的频谱

  在接收器端,送入的展频信号被乘上同样的PRN码,以进行信号的反展频(de-spread)处理,将原始的窄带信号撷取出来。于此同时,接收器中任何的窄带干扰源会被展开,而以宽带杂讯的型态呈现在解调变器上。由于系统中的每一个使用者所分配到的PRN码不同,因此能够将共用同一频带的使用者之间加以隔离,这就是所谓的CDMA(code-divisionmultipleaccess)。

  使用DSSS调变的一些系统例子,包括了IEEE802.15.4(WPAN)、IEEE802.11(WLAN)、及GPS等。DSSS的主要优点为:

  1)干扰弹回(interferenceresilience)-DSSS的干扰抗拒能力,实质上是来自于将有用的信号乘上两次(展开与反展开)PRN码,而任何的干扰源则只乘上一次(展开)。
  2)低功率频谱密度(spectraldensity)-利用窄带系统将导入的干扰最小化。
  3)安全性–由于採用展开/反展开处理,对于拥塞(jamming)有非常好的抵抗能力。
  4)能减轻多通道效应。

  DSSS或FHSS以外的宽带调变

  新的欧洲法令中一个有趣的点,在于它们也提供FHSS及DSSS以外的其它宽带展频调变技术。像是具有超过200kHz频宽的FSK/GFSK(Gaussianfrequencyshiftkeying)调变,便是欧洲法令下的宽频调变。表IV为适用于欧洲宽带调变架构的主要规格(包括DSSS):

 


表四.展频调变(除了FHSS以外)与宽带调变的最大发射功率密度、带宽及工作週期限制

  ISM带发射接收器IC如ADF7025,便是一个能够充份利用到此宽带标准中使用FSK调变所带来的好处之产品。为了要能动作于865MHz到870MHz的次频带,设计上就必须符合最大佔用带宽(99%)及最大功率密度限制。此外,频道边缘(edge-of-channel)或频带边缘的最大功率限制也被设定在-36dBm。

  如果将ADF7025依表五来予以设定,则可全部符合这三个限制。如图五所示,佔用带宽为1.7569MHz,而峰值频谱密度则是-1.41dBm/100kHz。
ADF7025由于使用了宽带调变,有能力实现高资料率(在此情形下为384kbps),因此可以在次1-GHz的欧洲ISM频带中传送音讯及媒体品质视讯(每秒数个图框)。

  美国法令(FCCpart15.247)与欧洲有类似的分配方式,提供了运作于902MHz到928MHz、2400MHz到2483.5MHz、以及5725MHz到5850MHz频带的跳频系统,但也同时提供"数位调变"信号。这是同时涵盖了展频(DSSS)与其它较简单型态调变方式(如FSK、GFSK等)的一个很松散的说法,因此和欧洲法令中的"宽带调变"规格颇为相似。其最主要的要求为:

  1.最小6-dB带宽应至少为500kHz。
  2.对于数位调变系统而言,在任何连续传送时间间隔中的任意3k-Hz频带上,从发射端到天线所传导的功率频谱密度不可超过8dBm。

  任何希望使用FHSS以外系统的人,通常都需要将场强度(fieldstrength)限制在50mV/m(-1.5dBmERP)。但在数位调变的场合中,只要能符合最大功率频谱密度限制,则最大输出功率为1W。因此,在使用ADF7025时,由于其FSK频率偏差宽度足以确保6dB带宽能够大于500kHz,因此可容许1W的ERP。此外,由于有宽信号带宽,还可实现较高的资料率(ADF7025的最大值为384kbps)。

  ADF7025的共同频道排斥(co-channelrejection)会根据干扰源的带宽,在共同频道上从-2dB(最差状况)变化到+24dB。这可以拿来与具有-4dB共同频道排斥值的商用802.15.4DSSS发射接收器相比,使用的是拥塞信号(jammingsignal)为IEEE802.15.4的调变信号。

  使用上述方法,就可以在美国与欧洲使用相似的宽带调变系统,并简化出货到全球市场产品的开发工作。ADF7025传输接收器架构可支援美国所定义的"数位调变"模式,与在欧洲所定义的"宽带调变"模式。

  图三.ADF7025的宽带调变实验结果:(a)FSK调变信号,99%佔用带宽量测;(b)前项的局部放大,以量测最大功率频谱密度。

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