1GHz以下全球免许可频段短距离无线 - 通信设计应用

1GHz以下全球免许可频段短距离无线系统的设计考虑

短距离无线设备一词涵盖了能实现单向或双向通信且不会对其它无线设备造成干扰的无线收发器。SRD应用广泛，能提供多种不同的服务，比较流行的应用是：家庭或楼宇自动化系统中的遥控应用、无线传感器系统、报警、汽车(包括远程无钥匙车门锁和远程汽车启动)以及语音和视频的无线传输在选择无线通信频率时，短距离无线设备的无线系统设计人员必须非常小心。在大多数情况下，假设特定的规范和使用条件可得到满足的话，可选择的频率范围局限于免许可频段。表1列出了全球范围内短距离无线设备的可用频段。
在设计全球通用系统时，设计者通常选用2.4GHz 频段。事实上，2.4GHz已经成为蓝牙、WLAN和
ZigBee等标准首选的工作频段。在无线电话或802.11a 版本的WLAN应用中，5.8GHz频段也占据了一些地位。
不过，对于那些需要更远传输距离和更低功耗的系统来说，1GHz以下的频段由于共存性问题较少、传输距离较远而倍受关注，因为这两方面性能都会影响功耗，而功耗是电池供电应用中一个重要的考虑因素。

低频发射机传输距离的增加可以通过简化的Friis 传输方程来表示，该方程给出了接收天线上的功率Pr与输送给发射天线的功率Pt之间的关系。

这里假设两条天线都具有单位增益。这个方程显示，对于固定的发射功率Pt来说，接收到的功率将随距离d的平方以及频率f的平方而降低(或随着波长λ的平方而增加)。如果接收到的功率低于对信号正确解调所需的最小功率(称为灵敏度)，该链路就会被中断。
全球范围内1GHz以下频率的分配
表2对1GHz以下的短距离无线设备的通讯频率标准进行更详细的描述。这里没有罗列出全部的标准，更多细节请查看相关链接。

433MHz频段是能在全球范围内使用的频率之一。在日本，需要对频率作少许调整，大多数频率调谐灵活的收发器能够轻松处理这一问题，如图1所示的ADF7020，或ADF7021)。不过，433MHz频段的可用带宽不到2MHz，且通常不能用作语音、视频、音频和连续数据的传输，因此常被用于如无钥匙门锁系统和基本的远程控制等应用。

不过，在最新的EN300 220规范出现以前，美国和欧洲采取了迥然不同的方案。美国采用跳频的方法，而欧洲则对每个子频段的占空比进行了限制，正如ERC REC-70文件中所描述的那样。这两种方案在减少干扰方面都很有成效，但对于系统制造商来说，如果设计要同时针对两个地区的产品，那么他们就必须完全重写系统通信协议中的媒体访问层(MAC)。

跳频系统
跳频扩频(FHSS)发射技术通过将频谱划分为多个信道，并以接收机和发射机都认可的伪随机序列(或称为“跳频码”)在这些信道之间进行切换，在时域中将能量扩展开来。为便于新的节点加入网络，控制器节点周期性地发送信标信号，使新加入的节点能与其同步。所需的同步时间取决于信标的发射间隔以及跳频信道的数量。美国和欧洲标准规定的跳频信道数量较为接近，最大驻留时间(即在单次跳频期间停留在特定频率上的时间)为400ms。
表3给出了采用FHSS技术时欧洲标准的扩展频段(低于870MHz)所需的信道数量、有效辐射功率(ERP)和占空比。当满足先听后说(LBT)或占空比限制时，带宽均可高达7MHz，而在以往只能获得2MHz的带宽范围。
先听后说是一种“有礼貌”的通信协议，在启动发送之前会先扫描信道上的活动，也被称为空闲信道评估(CCA)，采用该协议的跳频系统不受占空比的限制。
除了FHSS，直接序列扩频(DSSS)也在新的欧洲规范中得到采用。在DSSS系统中，窄带信号与高速伪随机数(PRN)序列相乘，得到扩频信号。每个PRN脉冲被称为一个“码片”，序列的速率被称为“码片速率(chip rate)”。初始的窄带信号被扩展的程度被称为处理增益，等于码片速率(Rc)与窄带数据符号速率之间的比。图2对FHSS和DSSS的频谱进行了比较。

在接收机，接收到的扩频信号与相同的PRN码相乘，以对信号进行解扩频，从而提取出初始的窄带信号。同时，接收机端的任何窄带干扰信号会被扩展，并以宽带噪声的形式出现在解调器上。系统中的每个用户分配有不同的PRN码，从而在相同的频带中实现用户隔离。这种方法被称为码分多址(CDMA)。

1. 抗干—DSSS抗干扰能力的基本原理是将有用信号与PRN码相乘两次(扩频和解扩频)，而任何干扰信号只相乘一次(扩频)；
2. 低功率谱密度—在现有的窄带系统引入的干扰最小；
3. 安全性—由于实现了扩频/解扩频，所以对干扰有很强的抵御能力；
4. 缓解多径效应。
DSSS或FHSS之外的宽带调制方法
除FHSS和DSSS宽带扩频调制方法外，欧洲规范还支持带宽大于200kHz的FSK/GFSK(高斯频移键控)调制技术。表4给出了适用于欧洲宽带调制方案(包括DSSS)的主要规范。

ADF7025 ISM频段收发器是支持采用FSK调制宽带标准的器件。为了能在865~870MHz子频段内工作，器件设计必须满足最大占用带宽(99％)和最大功率密度的限制以及信道(或频段)边沿的最大功率为-36dBm的限制。如果按照表4中的参数对ADF7025进行设置，器件可以满足这三个限制条件。图3是ADF7025的宽带调制试验结果，其占用带宽为1.7569MHz，峰值频谱密度为-1.41dBm/100kHz。

1. 最小6dB带宽至少为500kHz；
2. 对于数字调制系统，在任意连续发射间隔期间的任意3kHz带宽内，从发射端到天线传导的功率谱密度不大于8dBm。
任何希望采用非FHSS系统的人通常都必须将辐射场强限制在50mV/m(-1.5dBm
ERP)内，但在“数字调制”的场合中，只要能满足最大功率谱密度限制，则最大输出功率为1W。因此，当使用ADF7025时，由于其FSK频率偏差的宽度足以确保6dB带宽大于500kHz，所以允许1W的 ERP。此外，由于信号带宽较宽，系统也能实现更高的数据速率(对ADF7025而言，最高可达384kbps)。
ADF7025的同信道抑制在同信道中的变化范围是-2dB(最差)到＋24dB之间，具体取决于干扰源的带宽。这可以与同信道抑制为-4dB的商用802.15.4 DSSS收发器相媲美，后者采用的人为干扰信号为IEEE 802.15.4调制信号。
采用这些方法后，美国和欧洲就可以使用相似的宽带调制系统，从而简化面向全球市场的产品开发。ADF7025收发器架构既能工作在美国标准定义的“数字调制”模式，又工作在欧洲规范定义的“宽带调制”模式。

瞬态功率要求
设计工程师应该了解欧洲规范中的一项新的技术指标要求，即对瞬态功率的限制。瞬态功率被定义为当发射机在正常工作期间开启和关断时落到邻近频谱中的功率。最新的规范加入了这一限制条件，以防止频谱散射。
随着输送到功率放大器的电流的增大或减小，从压控振荡器(VCO)端所看到的负载也在发生变化，这使得锁相环(PLL)在瞬间发生失锁，并在环路试图重新恢复锁定状态时产生杂散辐射或频谱散射。在那些仅断续发射的系统中，频谱散散会导致落入邻近信道中的功率显著增加。
图4显示了频谱散射问题。绿线代表ADF7020发射机的PA每隔100ms开启、关断一次时的PA输出频谱，很显然有较大的功率落入了载波两侧的信道中，测试时频谱分析仪维持在最大保持状态。红线代表PA输出在每个100ms以63步进逐步上升和下降时的输出，由此可见落入邻近信道的功率显著下降。EN 300 220规范中的Specification 8.5对落入这些邻近信道的功率进行了限制。

为确保满足这个规范，最简单的方法是让PA从关断状态逐渐转换到开启状态，或从开启状态逐渐转换到关断状态，这通常可以利用微控制器分阶段地开/关PA来实现。通过采用ADF7020收发器，可以让PA以最多63步阶从关断调节到输出＋14dBm。一个更快和更简单的方法是使用具有自动PA功率斜坡控制的收发器，比如ADF7021具有可编程功率斜坡控制功能，用户可以设置步进数量和每次步进的持续时间。

通信协议考虑
ADI 公司的ADIsimLINK协议软件可用于任意的ADF702x收发器。这个计划用于全球1GHz以下频段的协议融入了新的欧洲规范，基于如图5所示的星形网络(多达255个端点)。
该协议的核心是一个无间隙(nonslotted)、非持续、防碰撞的载波侦听多路访问/冲突避免(CSMA/CA)方案，其端点(EP)可在发射前对信道进行监听(LBT)，以避免碰撞。
协议中的无间隙特性意味着端点可以在拥有数据后立即发送，因此要先执行“先听后说”的操作。这一方法也可以确保无需同步。如果端点检测到信道正处于忙碌状态，它就会在执行下一次LBT之前等待一段长度随机的时间。等待的次数是有限的，因此协议还具有非持续特性。在FHSS模式下，协议在每个跳频信道上都使用了这种CSMA/CA系统，因此能满足新欧洲规范的LBT需求。
ADIismLINK协议的物理层(PHY)和媒体访问层(MAC)参数具有很高的可配置性，这允许对器件和系统进行充分的评估。ADI同时还提供源代码以简化系统开发流程。该协议作为ADF702x开发套件(ADF70xxMB2)的一部分进行提供，图6是ADIismLINK的系统总体结构。

本文小结
新的欧洲规范对863~870MHz频段的无线传输协议提出了非常具体的要求。无论系统是使用单信道协议，还是使用FHSS或者DSSS，都必须遵守特定规则，这使得协议设计变得更复杂。但是，这些新规范的优点在于它们在很多方面类似FCC Part 15 247规范，能简化针对多地区应用的协议设计。ADI公司的开发套件包括了各种协议范例，能够缓解短距离无线网络的设计挑战。

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　　摘要:本文对短距离RF的主流几种通信方式作了介绍，比较了各自的优缺点，以及采用低价RF专有方案的优点。同时基于无线发射芯片

2010-11-11 16:26:40

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无线短距离呼叫器的设计

针对一些无线短距离通信技术应用的局限性,以及其产品成本较高,维修困难等情况,设计了一种新的无线呼叫器,用于短距离的信息传递。该无线短距离呼叫器主要由发射机和接收机两大部

2011-06-09 18:01:30

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UWB短距离无线通信方式的介绍

UWB(Ultra WideBand)是一种短距离的无线通信方式。其传输距离通常在10m以内，使用1 GHz以上带宽，通信速度可以达到几百Mbit/s以上。UWB不采用载波，而是利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉

2011-08-24 10:50:29

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四大短距离无线通信PK:ZigBee,蓝牙,红外,Wi-Fi

主要介绍了四大短距离无线通信技术：ZigBee;蓝牙(Bluetooth)，红外(IrDA)和无线局域网802.11(Wi-Fi)。深入分析了短距离无线通信技术。

2012-04-13 16:20:35

基于ZigBee技术的短距离无线数据传输系统

基于ZigBee技术的短距离无线数据传输系统

2016-02-17 10:07:25

短距离无线通信及组网技术_部分1

主要介绍短距离无线通信技术和通信网络的技术及应用，内容涉及短距离无线通信技术及移动自组织网络领域的几个热点：Wi-Fi技术、蓝牙技术、ZigBee技术、移动Ad hoc网络技术及相应的NS2仿真技术

2016-04-01 17:01:46

短距离无线通信及组网技术_部分2

2016-04-01 17:04:32

短距离无线通信技术汇总比较

短距离无线通信技术汇总比较

2017-01-13 22:01:31

短距离无线通信技术汇总比较

短距离无线通信技术汇总比较

2017-01-11 12:49:29

RFW模块的短距离无线数据通信

基于MSP430F133和RFW模块的短距离无线数据通信

2017-08-31 08:42:10

ZigBee短距离无线通信技术概述

ZigBee技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其物理层和数据链路层协议为IEEE 802.15.4协议标准，网络层和安全层由ZigBee联盟制定，应用层的开发应用根据用户的应用需要

2017-12-11 12:04:20

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来自无管局的四个关于微功率短距离无线电设备的回答

来自无管局的四个关于微功率短距离无线电设备的回答。

2018-01-18 10:35:12

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ADI研讨会:短距离无线通讯系统简介

对于短距离无线通讯系统设计来说，设计者不得不考虑到各种方面的因素，比如说，能够使用什么频段，信道带宽多少，信号灵敏度需求以及收发芯片的寄存器设置等问题。在本次研讨会中，技术专家将对目前国际各个国家

2018-05-25 14:49:00

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采用PCA82C250芯片的照明控制系统及短距离无线通信介绍

短距离无线通信技术的工作频段为ISM频段，使用这类频段不需要任何许可证，通常只要求发射不超过一定的功率（通常低于1W），只要不干扰其它频段即可。目前常见的短距离无线通信经常应用于以下几个ISM频段：27MHz频段；2.4GHz频段和315MHz;433MHz和868MHz等频段。

2018-09-12 09:50:00

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ADI研讨会:短距离无线通讯系统设计的考虑因素有哪些

2019-07-19 06:18:00

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无线短距离通信是什么，它有哪些优点和缺点

短距离通信已经普遍出现在当下人们的生活当中，无线端距离通信技术有哪些？应用范围包括了什么？微测检测小编此次为大家整理无线短距相关知识，认证领域广泛。如您对下列问题有疑问可随时咨询我们！无线短距离

2020-07-15 10:57:10

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短距离无线系统资料下载

电子发烧友网为你提供短距离无线系统资料下载的电子资料下载，更有其他相关的电路图、源代码、课件教程、中文资料、英文资料、参考设计、用户指南、解决方案等资料，希望可以帮助到广大的电子工程师们。

2021-04-22 08:47:33

900-MHz和2.4-GHz频段短距离无线设备设计中参数的估算

900-MHz 和 2.4-GHz 频段短距离无线设备的设计人员需要了解，公式中的参数对传输距离的影响以及这些参数如何影响传输距离，同时还要能将这些参数应用到公式中，用于统计计算出室内和户外环境下的路径损耗及传输距离。

2021-06-18 14:29:49

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短距离无线通信的方案与选择

随着通信与物联网技术的不断发展，我们的设计中越来越多的开始出现无线通信的元素。通过无线通信，设备不再只是独立工作，而是可以通过网络协同工作，增强设备的灵活性与功能。短距离无线通信是无线通讯中最

2021-08-16 13:47:04

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如何在家中使用sub-GHz射频发射器最大化短距离设备的无线范围

Maxim Integrated 提供技巧和技术，在您的家庭电子环境中通过 RF 通信最大限度地提高 sub-GHz 短距离设备的无线功率范围

2022-08-11 16:50:34

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在万用计量系统中使用短距离无线

，可以在subGHz频段中工作，由于全球频段的不均匀性，这些频段的使用较少。表 1 汇总了低于 1 GHz 的全球免许可频段。

2023-03-08 16:26:00

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6种短距离无线通信技术

6种短距离无线通信技术文章目录6种短距离无线通信技术 1.Wi-Fi 2.蓝牙 3.ZigBee 4.IrDA 5.NFC 6.UWB超宽带1.Wi-Fi 理论上，用户位于接入点周围的某个区域

2023-05-24 16:09:27

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1GHz以下全球免许可频段短距离无线系统的设计考虑

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