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短距离无线消费电子的RF前端设计

技术分类： 模拟设计  通信  | 2003-01-01
David Ben-Bassat，RFWaves公司行政总裁；Ari Mizrachi，RFWaves市务总监:EDN China

      随著系统成本和功耗进一步降低以及产品性能的提高，无线短距离消费电子市场正高速成长。因此, 本文将向设计工程师介绍一些市场上出现的新趋势和方案，并介绍RFW102晶片组的特点和应用。 
　　短距离无线应用是指可在最远100米范围内传输数据的解决方案。无线短距离应用主要有以下几种： 
　　* 无线区域网络(WLAN) 
　　可替代有线LAN连接的高速传输方案(11~56Mbps)。WLAN方案在办公室应用场合很普遍，而且在小型办公室/家庭办公室(SOHO)和私人住宅等应用场合也越来越流行。其室内有效距离通常是100米。 
　　* 个人区域网络(PAN) 
　　适用於10米范围内的中等传输率应用环境(有些PAN有时需要更远的距离)。该方案主要针对开放环境应用和产品(蓝牙)。 
　　* 无线短距离消费类产品 
　　中低速数据传输应用，有效范围在30米内，该类产品可能跟一些PAN应用有重叠。该类方案一般针对封闭应用环境和产品，目前这类产品存在很多解决方案。 
　　射频前
端的技术趋势 
　　由於消费类产品对无线通信功能的需求不断成长，针对这些需求目前存在各种技术方案，而各种技术方案的优越性可用下面五个关键指标来衡量： 
　　* 成本：成本越低，应用越广，市场潜力也就越大。可以这麽说，当成本每降低10%，市场潜力将会扩大100%。 
　　* 传输范围：短距离无线方案的适用范围一般在室内30米以内。 
　　* 电源效率：无线设备在许多情况下是由电池供电的，因此电池使用寿命是一个关键指标。这一问题将会间接地反映在成本上，因为功耗大，消费者就必须更频繁地更换电池。即使使用可充电电池，消费者也需要更强劲的电池，以便每次充电後的使用时间尽可能长。 
　　* 服务品质(QoS)：满足数据传输率要求条件下提供可靠的数据链接。 
　　* 高数据传输率：该参数可为无线消费产品市场开辟新的应用领域。过去由於成本问题而无法实现的应用，现在也可藉由恰当的设计来实现。 
　　一个无线方案一般由RF前端和媒体存取层(MAC)两部份组成。RF前端主要由以下几个性能指标来衡量： 
　　* 链接预算：链接预算[dB] = 输出功率[dBm] － 灵敏度[dBm]。输出功率是指发射时从发射器输出的功率，灵敏度是指接收器的灵敏度。10米室内距离要求至少70dB的链接预算，当前的许多产品都满足这一要求。输出功率一般为0~10dBm，灵敏度为-80~-90dBm。 
　　* 工作频率：消费类产品不能承受频率占用的费用，最好工作在无需申请许可的ISM频段。2.4GHz是唯一全球通用的ISM频段，供应商所使用的其它频段还有900-928MHz (只适用於美洲大陆)和868-870MHz (欧洲的大部份地区)。 
　　* 调变方案：目前的许多产品采用幅移键控(ASK)或频移键控(FSK)。 
　　* 扩频方案：频谱扩展可为工作於ISM频段的无线应用实现稳定性和安全性。常用的两种扩频方案是跳频扩频(FHSS)和直接序列扩频(DSSS)，这两种完全不同的扩频方案都具有同样的稳定性。 
　　* 接收器/发射器/收发器：单工链接是指每一边(节点)在某一时刻要麽发射(发射器)，要麽接收(接收器)，但不能同时发射和接收；而双工链接则意味著每一节点都可同时发射和接收(收发器)。 
　　消费性产品的RF前端 
　　无线短距离消费市场是一个庞大的市场，有著各种各样的产品(见表2)。但从消费者的角度来看，现今的产品还是无法以合理的价格提供令人满意的解决方案。 
　　无线产品厂商在选择技术方案时，一般更注意成本问题，甚至认为成本比品质更重要。但是消费者并不能接受这种思想，他们希望无线产品至少能跟低价位有线产品一样好。因此，无论一个无线方案多麽好，只要不能实现合理的价格，它就无法应用於消费类产品；同样，如果所用的无线方案不能提供跟有线方案同样好的数据链接性能，消费者也不会满意。表(1)提供了改善以上讨论的5个基本参数的技术要求。 
　　因此，一个重要的问题是找到一个超低价格的无线方案，并具有高性能。由於所有的无线方案都面临前面所讲的问题，下面将以RFWaves公司的无线方案为例来讨论。 













参数
要求
说明
成本 无线部分价格低,总系统成本低 总系统成本 - 为系统添加无线链接功能後的总成本(包括所有额外增加的组件)
低功耗 低功率, 快速换醒时间及有效的待机方案 1. 无线部分在接收、发射和待机时功耗都很低
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