隨著短距離無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的成熟，功能簡單、攜帶方便的嵌入式無線產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用，對于(中國)設(shè)計工程師來說，怎樣設(shè)計無線傳輸協(xié)議已經(jīng)成為設(shè)計過程面臨的一個挑戰(zhàn)。本文從擴頻技術(shù)、頻譜管理、協(xié)議層設(shè)計、差錯處理、鏈接范圍等方面探討了設(shè)計協(xié)議過程中需要綜合考慮的問題。

    短程無線設(shè)備(srd)在較小的物理區(qū)域內(nèi)通信，數(shù)據(jù)率和工作電流均低于大型產(chǎn)品，并且功能也相對簡單，它被廣泛應(yīng)用于車門遙控開關(guān)系統(tǒng)、簡單家用自動化設(shè)備和無線游戲控制器。

    與srd系統(tǒng)相比，高端系統(tǒng)可采用先進和復(fù)雜的協(xié)議棧實現(xiàn)。這些軟件協(xié)議�？蓮牡谌焦⿷�(yīng)商購買或嵌入硬件。而設(shè)計srd時，嵌入式開發(fā)人員通�？稍O(shè)計小型定制協(xié)議并直接對硬件進行訪問，srd的協(xié)議棧通常比較簡單，本文介紹適用于短程無線設(shè)備的協(xié)議設(shè)計策略。

    一般來說，射頻鏈路與有線連接在諸多重要環(huán)節(jié)上完全不同：1. 射頻鏈路是通過相同的傳輸媒介空氣來傳播無線電信號；2. 誤碼率比常規(guī)有線系統(tǒng)高幾個數(shù)量級。由于存在上述差異，rf鏈路的可靠性比有線鏈路低。為了建立可靠的無線通信鏈路，可以采用tdma和fdma技術(shù)。

    時分多址(tdma)技術(shù)可使不同的設(shè)備在不同的時刻“同時”占用同一段頻譜，這通�？梢酝ㄟ^為不同的發(fā)送器分配特定的時隙和編碼加以實現(xiàn)。圖1顯示了可被兩個設(shè)備在一段時間內(nèi)共享的帶寬。

    基本時間分片的機制之一是載波偵聽多址(csma)技術(shù)。csma不分配固定的時隙，而其基本原理同人與人之間的禮貌交談并無二致：在試圖插嘴之前，必須等待同伴停止說話。正常的csma設(shè)備可實現(xiàn)某種形式的發(fā)送前偵聽(listen-before-transmit)功能，這樣當另一設(shè)備正使用信道時，csma設(shè)備必須等待。當然，如果兩個或更多發(fā)送器同時捕獲了公共信道，將有可能產(chǎn)生沖突。

    頻分多址(fdma)技術(shù)將可用的頻率帶寬拆分為具有較窄帶寬的子信道，如圖2所示。這樣每個子信道均獨立于其它子信道，從而可被分配給單個發(fā)送器。其缺陷是子信道之間必須間隔一定距離以防止干擾，頻帶利用率不高。

    fdma的最大問題在于較窄的信道限制了數(shù)據(jù)傳送的速率。窄信道還需要更好的無線濾波，這進一步增加了系統(tǒng)成本。同樣，信道間還可能存在潛在的噪聲，因為較強的帶外(out-of-band)噪聲可能干擾我們希望接收的微弱信號。

    擴頻技術(shù)

    在跳頻技術(shù)中，發(fā)送器從一個子信道“快步”跳躍至另一子信道。該技術(shù)最早被美國軍方采用，后來的事實表明擴頻技術(shù)也同樣適用于民用系統(tǒng)。擴頻技術(shù)具有兩大優(yōu)勢：1. 擴頻系統(tǒng)比其它傳統(tǒng)系統(tǒng)更抗干擾；2. 擴頻技術(shù)可用來提供多種接入功能。

    目前主要的兩種擴頻技術(shù)是跳頻(fhss)和直接序列擴頻(dsss)技術(shù)。這兩種技術(shù)均以自己的方式支持多種接入方式。對于fhss，每個發(fā)送器均可使用不同的跳頻序列，這樣即可同其它的發(fā)送器共享相同的帶寬(如圖3所示)。fhss的優(yōu)點是頻率順序可以自適應(yīng)，從而防止較強的干擾。

    dsss系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)信號與擴頻碼的異或(xor)運算獲得信號能量擴展。系統(tǒng)可采用幾種不同的擴頻碼支持多路接入，這就是碼分多址(cdma)技術(shù)。為使直接序列多路接入機制正常工作，所有發(fā)送器的功率電平均應(yīng)保持一致，否則弱信號將被強信號阻塞。圖4顯示了這一機制。兩路dsss信號在相同的頻帶上發(fā)送，接收器通過信號處理即可利用已知的擴頻碼析取發(fā)送器傳來的數(shù)據(jù)。

    應(yīng)用中采用何種無線技術(shù)取決于多種因素。當然，tdma和fdma比擴頻更容易實現(xiàn)，因此如果可能，您將會很樂意采用其中一種方法。

    如果設(shè)備不需要頻繁傳送信號，那么tdma自然就是最佳選擇，因為傳送越少意味著沖突越少。此外，無線電管理當局可以通過限制允許傳送的占空比來要求tdma工作于特定波段。

    另一方面，如果希望每個發(fā)送器都具有連續(xù)的