基于 Sub-1 GHz 欧洲智能电网的 RF 通信 - 第 2 部分

这个博客系列的第1部分回顾了欧洲868MHz ISM波段内的wM-Bus协议标准。今天，我们来仔细地看一看针对169.400MHz波段内75kHz窄带进行优化的协议版本。这个版本在针对监测、追踪、数据采集和仪表读数应用的欧洲规范 (EN) EN300 220 v.2.4.1标准内进行了定义。+500mW（或+27dBm）的最大辐射功率和小于10%的占空比可实现一个广域网 (WAN) 方法，在人口密集环境中可以覆盖数公里的范围。这个方法的设计思路是将尽可能少的，但是又高精密数据采集器 (DC) 元件组合在一起，在不需要中继器的情况下，每个元件能够支持多达1000终端节点（或智能仪表）。通过将总共75kHz的可用带宽分为6个12.5kHz的窄带通道，EN13757-4:2014-2定义了wM-Bus N模式 Nabcdef和Ng。其中的4个通道 (Nabef) 能够承载4.8kbps的数据速率，而另外2个通道 (Ncd) 数据速率为2.4kbps，支持2-GFSK调制。还定义了更高的数据速率通道 (Ng)，采用4-GFSK调制来实现19.2kbps的数据速率，并且占用一个带宽为50kHz的通道（请见图1）。

图1.wM-Bus模式N模式与ETSI 300 220 v2.4.1之间的关系

这个wM-Bus N模式已经被采用为意大利和法国住宅内燃气表，以及法国水表的RF通信协议。在N模式中，最高可能的接收器等级 (Hr) 应该符合ETSI 2类接收器阻断要求。实际上，由于已知的数据视频广播 (DVB) 或FM收音机发射器等干扰源的确是以其它频率运行，不过它们高达数千瓦的RF功率仍然会导致某些干扰，即使在169MHz ISM波段内也是如此，所以，对于设计人员来说，比较明智的做法是以更加具有挑战性的ETSI 1类规范接收器系统为设计目标。

那么，ETSI 1类规范到底是什么呢？

简单地说，它是EN300 200 v2.4.1项下，针对“高可靠性SRD通信介质；比如说为人类生活固有系统提供服务（有可能造成身体伤害）”的最严格RF接收器技术规格。

1类规范中，一个最有挑战性的要求就是临近通道抑制/选择性。这个技术参数测量的是接收器对于距离只有+-12.5kHz远的干扰源的耐受程度。由于这个干扰源距离所需信号太近，所有无法用外部SAW滤波器进行滤除。另外一个须符合的非常具有挑战性的条件是杂散响应抑制，在达到RF频率的0.1%时，需要为60dB。在频率为169MHz时，这个值只有169kHz，所以IF频率高于85kHz的RF收发器将获得高于169kHz的图像频率，并且必须具有60dB以上的抑制能力。

TI的高性能Sub-1 GHz CC1120 RF收发器系列正在符合和超过N模式wM-Bus标准 (EN13757-4) 的所有要求，其中包括意大利和法国燃气表技术规格的全部RF要求。此收发器能够完全接收所有包含16位报头的N模式报文（其中包括4-GFSK子模式），而由于它的波形匹配 (WaveMatch) 特性，不会产生数据包丢失。极快自动增益控制稳定仅需4个数据位；如果与RX嗅探 (Sniff) 模式一同使用，它保持最大的CC1120灵敏度，并且在搜索报头的同时，如TIDC-WMBUS-169MHz 中所示，减少了平均电流。通过采用一个CC1120寄存器设置的经优化集合，被称为“最佳阻断”，在无需增加昂贵的外部表面声波 (SAW) 滤波器或LNA组件的情况下，即可实现ETSI 1类接收器系统性能。CC1120 RF接收器是业内第一款集成收发器，它可以在无需外部SAW滤波器的情况下实现ETSI 1类兼容性，并且在RF性能和稳健耐用性方面处于市场领先地位。你可以在TI Designs参考设计TIDC-WMBUS-169MHz和TIDC-MULTIBAND-WMBUS中找到更多关于CC1120的技术信息。只需几个寄存器变化就可以将CC1120调节到“最佳灵敏度”或“最佳阻断”。这一功能可实现灵活的wM-Bus N模式解决方案，可在现场自动适应不断变化的RF干扰。

除了RF子系统本身，TI还引入了针对长电池使用寿命应用参考设计的能量缓冲(PMP9753)等创新型电池管理解决方案，这免除了对于昂贵的混合层电容器 (HLC) 组件的需要，并且可以使用不同供货商的多种电池类型。

将电池管理、N模式兼容RF系统与一个完整的CIG兼容wM-Bus堆栈组合在一起（这个堆栈在意大利使用，并且用于高级超低功耗度量衡设备（请见用于旋转感测或超声波TIDM-ULTRASONIC-FLOW-TDC的EVM430-FR6989）），TI正在提供多重优化平台，以实现支持169MHz RF通信的智能流量计。

本系列的下一篇博客会谈到如何用全新超低功耗无线微控制器来实现下一代针对868和433MHz应用的单芯片wM-Bus解决方案；别走开，请随时关注即将发布的On the Grid上的帖子。