嵌入式无线应用

嵌入式无线应用功耗

嵌入式无线应用可靠性

　　只需观察设备间成功传输的数据包占所有数据包的比例就能判断出无线链接的可靠性。在许多情况下，提高成功传输率可能只会增强用户的使用体验。但是，在安全和医疗设备等特定应用中，成功传输率是一个不容忽视的关键要求。

　　在典型的低功耗射频系统中，信道以一定的数据速率发送和接收数据包。工程师常常采用频率捷变技术来增强可靠性，让系统在面临当前信道噪声过大、导致数据包丢失的情况下主动选择噪声较低的信道。具有频率捷变的系统要求收发器能够快速切换信道，而且需要协议栈能够告诉收发器选择哪个信道。大多数低功耗 2.4GHz 收发器都能迅速切换信道，但并非所有的协议栈都具有内置的频率捷变。最新型 ZigBee 2007 Pro 规范和赛普拉斯专有的CyFi Star网络协议都具有可防御干扰的频率捷变。

　　不过，频率捷变自身还远不足以确保 2.4GHz 频带内的无忧安全连接。在一些采用频率捷变的实施方案中，系统仅在数据包大量丢失而引发网络连接故障时才切换信道。因为只能在网络连接发生故障后才会启用新的低噪声信道，这种性能并不理想。鉴于此，频率捷变尚不足以预防系统故障，而仅能从故障中恢复而已。恢复功能对可以容许随机数据包丢失的体育休闲类应用可能已经足够了，但有些应用（如医疗设备和工业过程控制）则不能容许数据包有过多的丢失。

嵌入式无线应用频率捷变

　　频率捷变的另一不足之处在于其假定相关射频频谱中总是存在一条无噪声的信道。在 2.4GHz 频带中，802.11g 路由器等设备要占用 22 MHz 的带宽，而 802.11n 路由器则会占用多达 40 MHz 的带宽。仅两台 Wi-Fi 路由器就足以占用整个 2.4GHz 频带了，而其他系统很难再找到未占用的低噪声信道，因而降低了频率捷变的有效性。

　　优化可靠性

　　尽管频率捷变自身还不足以提供全面的可靠性，不过我们可通过实施动态数据速率来增强稳健性，从而确保 2.4GHz 频带内的无忧安全连接。“动态数据速率”是指系统实时自动变换数据传输速率的能力。显而易见，人们似乎总是倾向使用最大传输速率。例如，就手机而言，Apple iPhone可以在移动环境增强型数据速率全局系统 (EDGE)、第三代 (3G) 和 Wi-Fi 协议之间无缝切换，从而为用户提供尽可能高的数据速率。

嵌入式无线应用功率效率

　　设计电池供电型无线设备的嵌入式系统工程师主要关心的是收发器的电流消耗规范。例如，工程师可能需要在以下两种收发器之间做出选择：一种在收发模式下耗电 10 mA，在睡眠模式下耗电 0.5 μA，而另一种的耗电量则翻了一番，收发模式和睡眠模式下分别为 20 mA 和 1 μA。我们可能认为工程师会选择功率减半的收发器，不过这还需要从其他角度加以考虑。

　　就某个应用而言，假定第一部收发器在 90% 的时间内都处于睡眠状态，其平均耗电量约为1mA (10mA×10%+0.5μA×90%)。此外，我们再假定另一个收发器使用了 DSSS 技术，由于抗噪性的提高，其重复发送数据所需要的时间少于第一部收发器。就相同的应用而言，如果第二部收发器由于采用了DSSS 技术而睡眠时间比第一部收发器多出5% 的话，则第二部收发器的平均耗电量也约为 1mA (20mA×5%+1μA×95%)。