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嵌入式无线体系使用中可靠性和功耗的联系及优化办法

嵌入式无线技术是嵌入式进程或系统与无线通信接口的组合。方兴未艾的嵌入式无线系统,正催生出各种新型工业、商业和住宅建筑自动化应用,并且还为消费、医疗和农业系统带来了诸多具有新功能和特性丰富的产品。低功耗

嵌入式无线技能是嵌入式进程或体系与无线通讯接口的组合。方兴未已的嵌入式无线体系,正催生出各种新式工业、商业和住所修建自动化运用,而且还为消费、医疗和农业体系带来了许多具有新功用和特性丰厚的产品。低功耗或许功率是所有这些低数据率运用的一个非常重要的需求,乃至是大多数情况下的一个首要需求。可是,衡量嵌入式无线运用的功耗并非如将各部分功耗简略相加即可,虽然通常情况下,这是对给定运用挑选组件的典型办法。这种以可量化的规范来比较的根本办法,无法充分反映各组件在体系中的实在联系和作业状况。因而,有必要专心于无线体系的功耗,了解给定无线解决方案在节能方面的体现。

进步可靠性有助于下降无线体系的功耗,但这个体系特点通常会被忽视。在这里,可靠性指得是体系在两点间一次性进行数据通讯的才能。本文将介绍嵌入式无线运用中可靠性和功耗的联系,以及优化可靠性和功率功率的办法。

可靠性与功耗的联系

在大多数嵌入式无线运用中,功耗最大的器材是收发器的发射电路。现在市场上可选的收发器有很多样,单纯从数据表的介绍来看,它们的额外功耗好像都差不多,都在20~30mA的范围内。可是,假如单纯挑选额外功耗最低的器材,更为重要的体系可靠性特点则有或许被忽视。可靠性为什么重要呢?关于将每1uA或每1mA电流都要考虑在内的低功耗运用来说,可靠性是决议该运用在高功耗的动态状况(相关于极低功耗的睡觉状况)能坚持多久的最重要因素,因为可靠性越高,功耗就越低。完美、抱负的无线体系应尽或许快地在两点间一次性传输一组数据。当然,体系不或许一直完美地完成这种作业形式,因而有或许会因为搅扰或信号强度缺乏,无法到达长途结尾,而有必要从头传输数据。在此情况下,有必要尽或许进步无线体系的可靠性。

无线体系有详细的特征描述(参数),这有助于决议在给定体系中怎么可靠地作业。例如,“RF频谱运用”是指无线通讯选用什么RF频谱进行通讯;“接纳灵敏度”是指收发器识别出通讯内容的最低程度,以功率分贝比来核算,单位为1mW(dBm);“输出功率”指技能通讯需求多大的功率,它有必要大于潜在搅扰的功率,单位为dBm;“RF捷变性”指能否支撑在RF频谱中移动以防止搅扰,它由RF通道巨细和可用通道数量决议的;最终一个是“抗搅扰性”,即RF技能能否在存在面对搅扰的情况下保证给定通道的通讯,它体现为接纳敏感度的添加,也称作编码增益(dBm)。

RF频谱运用是可靠性方程中的一个变量,依赖于RF波物理特性决议的环境。频率越低,波长越长,RF波也就越难被液体和混凝土等常见制作资料吸收。不过,RF频谱及其运用是一个受政府高度办理的无线通讯范畴,原因是防止搅扰其他无线通讯技能。只要少部分频段预留给在本地和国际上这些通讯运用非约束地运用,也便是所谓的工业、科学和医疗(ISM)频段。在此频段内,常用的最首要频率是ISM频段的2.4GHz部分。在此频段中,工业范畴中恶劣的RF环境会很快吸收波长较短的波,因而有必要愈加重视其它波长的波,以丈量可靠性。

能够将接纳灵敏度、输出功率和抗搅扰性悉数量化,以构成界说可靠性的变量,即链路预算。链路预算可界说为接纳灵敏度加上输出功率和抗搅扰性的绝对值。接纳灵敏度越高,输出功率就越大,抗搅扰性就越强,解决方案的链路预算就越高。而链路预算越高,无线解决方案受RF吸收和搅扰影响的几率就越低,然后有助于进步可靠性。收发器的接纳灵敏度和输出功率往往决议了链路预算的器材级鉴别器,咱们能够方便地对其加以评价和比较。可是,抗搅扰性很大程度上取决于无线收发器选用何种技能来进步其信号有效性。当时选用的能够直接改进这一功用的最佳技能之一便是直接序列扩频(DSSS)调制技能。

DSSS调制技能是一种对发送信号进行前向纠错的办法,用于减小信号搅扰形成数据丢掉的影响。详细而言,DSSS依据发射器和接纳器同享的伪随机噪声码,将一组数据进行编码,输出成较大的比特流。例如,在图1中,8位数据编码为32个码片,在此情况下,4个码片相当于1位。随后,码片在RF信号上调制发送。接纳器将接纳信号的码片解调,并反向履行DSSS编码方案。即使因为信号噪声或搅扰会呈现解调过错,原始数据依然能够被康复出来。

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