WirelessUSB为多点对点系统赋予无线连通性

上网时间: 2004年05月30日? 作者:David Wrigh? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:WirelessUSB? 多点对点系统? 无线连通性?

目前有几种无线连接选择方案,它们各自适合于不同类型的通信业务。比如现有的低成本RF收发器,通常采用27MHz、433MHz、868MHz或900MHz频段,与之相应的可选方案是红外线连接;在2.4GHz频段,可以选择802.11和蓝牙;横跨这三段频谱(868MHz、915MHz和2.4GHz)的方案是ZigBee。而对于非联网的多点对点应用,赛普拉斯公司推出了使用2.4GHz频段的WirelessUSB方案。(各种无线连接方式比较见表1)。

其中,802.11最适合于数据网络。它已在市场上站稳了脚跟。不过,在低带宽应用中,其优势却变成了弱点。802.11当初是专为服务于多媒体/数据网络而开发的,它包含大量的开销,旨在管理诸如服务质量(QoS)和路由选择等功能。它同时需要基带和栈处理。对于低带宽应用(比如传感器或HID外设)而言,802.11无线电芯片的成本简直太高了。然而,作为高级集线器以及至控制网络的桥接器,它仍是一项颇具发展前途的技术。

蓝牙技术则在个人区域网络(PAN)中占有一席之地。它支持多媒体和数据通信业务,但范围不如802.11那么宽。不幸的是,它仍然为这些功能承担了较高的开销。蓝牙是一种多层协议,要求在一个16位MCU上实现15MIPS的运行速度和128KB的容量。蓝牙行业的魔咒之一便是“5美元/节点”。迄今为止,这5美元一直指的是无线电芯片的OEM成本,可能并不包括堆栈代码以及外存储器和MCU的成本。

900MHz和868MHz收发器均为低带宽无线节点提供了一种低成本方案,批量生产时的成本在3美元以下。不幸的是,欧洲和美国采用的标准不同,意味着厂商必须针对不同的市场形成完全不同的产品线(如果采用被普遍接受且不受管制的2.4GHz ISM频段则不存在该问题)。被遥控器所选用的红外线技术成本低于1美元,然而,该技术的致命弱点在于其3m 视距限制以及信号的单向性。WirelessUSB为多点对点系统赋予无线连通性_ESMCOL_1

ZigBee是一项方兴未艾且很有发展前途的标准。与蓝牙技术相比,其协议栈开销更加合理,需要在一个8位处理器上实现约10MIPS的运行速度和4?32Kbytes的容量,从而使其成为家庭和工业自动化网络的恰当之选。不过,ZigBee仍在努力寻求市场拉动,在PC界,目前尚无对其自发的支持。

赛普拉斯推出的WirelessUSB方案支持数据速率范围为62.5Kbps至235Kbps(到2004年年中将达到10?20Mbps),工作距离可达10米(未来将达到50米),该方案消除了协议层的复杂性,旨在优化多点对点系统(比如传感器阵列、PC外设和遥控器)的吞吐量和功耗。WirelessUSB这一名称指的是无线电链路的可选USB后端。与USB器件配合使用时,Wireless集线点可利用2.4GHz频段与其他WirelessUSB器件进行通信,并通过标准的USB接口将数据桥接至有线网络。由于USB在PC和企业网市场上拥有强大BIOS和驱动程序支持,因此完成WirelessUSB器件与数据网的连接是一件相当简单的事情。增加的成本只表现为2.4GHz无线电芯片的成本,从而抑制了节点成本。

此外,WirelessUSB具有很强的抗干扰特性。对于所有的无线系统来说,其对于来自并置通信业务(诸如802.11、蓝牙和微波炉等)的噪声及干扰的抵御能力是需要着重考虑的。WirelessUSB-LS(低速)所采用的DSSS-CDMA(动态序列扩频-码分多址)编码方案有利于实现与其他无线通信业务的共存。除此之外,阻抗匹配型L-C网络能够抑制功率较大的带外信号(比如蜂窝电话和900MHz无绳电话),从而起到了一个带通滤波器的作用。天线对带外信号的响应也很低,因而改善了接收质量。另外,低噪声放大器(LNA)和混频器均在非常高的频率上进行了AC耦合,因此可抑制较低的频率,比如AM无线电和电视信号。

例如,在靠近蓝牙设备时,发生冲突的时间尚不到“广播”时间的1.5%。当的确发生了冲突的时候,发送器需要重新尝试发送受影响的数据包。由于LS的延迟小于4ms,因此人眼是察觉不到的,对于LS所适合的那些应用而言,这种延迟水平已经是绰绰有余了。

对于802.11来说,明显的劣化主要会在一种情形下出现:即接收器与一个802.11接入点(不是节点)相距不到1 英寸时。在大多数场合,移动一下WirelessUSB接收器就足以解决这一问题。对于USB端口紧挨着802.11接入点的应用(比如在膝上型电脑中),可以根据需要,采用一根标准的USB电缆来把接收器移开一段距离。

在自身的干扰方面,WirelessUSB采用了49个在82个1MHz信道上得到支持的CDMA代码,从而获得了4018个信道的理论频谱容量,因此发生冲突的可能性极小。

因此,在构建一个无线通信系统时,有多种方案可供选择。视专用节点和集线点的工作距离和带宽需求的不同,这些选择方案各有千秋。按照现实情况来说,针对简单节点(比如无线鼠标或传感器)的标准,不需要提供给用户互操作性,当要一个与控制网络相连的桥接器时,互操作性的重要性才显现出来。为此,作为无线标准的802.11和USB均能够很好地满足这一要求。

WirelessUSB外部元件数目极少(用于鼠标的电阻器和电容器不超过10个)、且无需外部快速擦写存储器,它是低成本多点对点系统的合适之选。预配置代码完成了无线电芯片与一个外部USB设备的连接,另外还提供了一个用作模板的低开销无线协议实例。一个WirelessUSB节点可在采用一组AA电池的条件下发送超过1Gbyte的数据(包括协议开销)。目前已开始提供样品的WirelessUSB-LS(Low Speed,低速)可用作收发器或只发器件,在批量生产的初期,其成本低于2美元,并且将在未来的两年里逐步降至1美元以下。具有工业温度范围、工作距离达到50米的WirelessUSB-LR(Long Range,长距离)将于2004年面市。LS开发套件的售价为495美元,并将于今年10月开始供货。

作者:David Wrigh


设计工程部经理


赛普拉斯半导体公司

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