浅谈Sub-GHz无线芯片

当今世界，无线产品早已无处不在。在我们周围分布着大量的无线产品和应用系统，如气象站、汽车无钥匙进入系统（RKE）、喷灌系统、照明系统、智能家居、自动抄表等等。

WAP（Wireless ApplicatiON Protocol) 为无线应用协议，是一项全球性的网络通信协议。WAP使移动Internet 有了一个通行的标准，其目标是将Internet的丰富信息及先进的业务引入到移动电话等无线终端之中。WAP定义可通用的平台，把目前Internet网上HTML语言的信息转换成用WML（Wireless Markup Language)描述的信息，显示在移动电话的显示屏上。WAP只要求移动电话和WAP代理服务器的支持，而不要求现有的移动通信网络协议做任何的改动，因而可以广泛地应用于GSM、CDMA、TDMA、3G等多种网络。

无线产品之所以具有广泛的应用，很重要的一点就是现代无线器件降低了产品设计的门槛。现代无线器件的集成度越来越高，多功能部件如调制解调、天线调谐、自动频率控制等，都能集成在一个无线芯片内，使无线功能可以很容易地加入到最终产品中。另外，双向链路还可以提高抗噪声能力。

EZRadioPRO系列无线芯片

Silicon Labs公司目前有三个系列的无线芯片，即EZRadioPRO、EZRadio和EZRadioLC。其中，EZRadioPRO系列芯片性能出众，它具有高灵敏度 (–118dBm)，最大输出输出功率可以达到+20dBm，因此具有业界领先的链路预算 (138dBm)。芯片内建天线多集算法、包处理器、唤醒定时器、电池电压检测等功能，使无线功能的设计和实现变得非常简单。它适合于更远的通信距离（大于3km），具有很好的链路性能，提高了数据可靠性，大大简化了系统设计。

图1是EZRadioPRO系列中的收发器芯片Si4432的原理框图。要发送的数据经过数字调制器调制后，由内建的功率放大器发射出去，Si4432实现了数字调制解调器的功能，芯片内部还集成了电池电压检测器、温度传感器以及一个可供用户使用的8位ADC。

图1 Si4432原理框图

天线分集—改善链路性能

EZRadioPRO集成的天线分集算法可以改善无线链路的性能。通过使用两个天线和天线分集算法，EZRadioPRO可以选择最佳的天线接收数据，从而获得更优的性能。天线分集算法在分析前端码时，比较两个天线的接收强度，自动选择最佳的天线。EZRadioPRO的天线分集有以下好处：1、抑制多径衰落和天线极化效应，以改善链路质量；2、通过消除盲区来增加通信范围和距离；3、因为天线分计算法是由无线芯片来实现的，所以无MCU开销；4、节省功耗，因为相同的通信范围可以使用较低的功率。对于一个典型系统，天线分计算法可增加+8dB~10dB的链路预算。图2中示出了使用天线分集算法的典型系统。

图2 使用天线分集算法的典型系统

使用天线分集算法可以降低功率需求。从图3中可以看出，天线分集功能被使能时，与使用单天线的接收器相比，发射功率可以降低9.4dBm。图中粉色曲线为单天线接收器误报率与发射功率的关系，蓝色曲线为多极天线误报率与发射功率的关系。在这两种情况下，误报率都是随着发射功率的增加而降低的。但是在相同的发射功率下，使用多极天线的接收器的误报率要比单天线的接收器的误报率要低得多。

图3 使用多极天线接收器与使用单天线的接收器的对比

之所以要使用天线分集算法或多极天线，是因为环境因素能够影响通信范围和链路可靠性。主要包括三种情况：多径衰落效应、天线极化效应、无线RF发射器或接收器移动。使用天线分集算法，就是提高天线位于一个强信号中的可能性。很显然，使用多极天线或天线分集算法，保证有一个天线可以接收到较强的信号，从而确保了链路的可靠性。

　　图4 多径衰落效应

天线分集算法是如何抑制天线极化和方向性效应的呢？图5中，左图中黄绿部分表示使用一个天线时的通信覆盖范围，右图中的黄绿色区域表示天线与左图中的天线方向成90度放置时的通信覆盖范围。可以看到，使用一个天线时，不管天线放置的方向如何，都有很大的未覆盖范围。而从图6可以看出，使用两个天线和天线分集算法时，通信覆盖范围大为增加，黄绿色和绿色区域都是通信覆盖范围，实际上是两个成90度放置的天线的通信覆盖范围的叠加。通过这图5和图6的对照，我们可以看出，使用天线分集算法可以减弱方向极化和方向性效应的影响，扩展通信范围。

　　图5 使用一个天线时的通信覆盖

　　图6 使用两个天线和天线分集算法时的通信覆盖范围

应用案例

无线气象站

步骤1：位于屋顶的传感器指示天气、湿度、风向等。

步骤2：位于屋内的显示器或网关从屋顶传感器接收数据并显示信息，进而决定是否使用远程的喷灌器浇灌草坪。

步骤3：花园喷灌器接收喷灌指令，完成喷灌任务。当喷灌器打开或关闭时，可向网关反馈相关信息。

紧急救助按钮

步骤1：紧急救助按钮可以做成挂式或手表的形式。当老人或病患需要救助时，可以按此按钮呼救。

步骤2：紧急按钮连接到网关系统。网关通过调制解调器连接到呼叫中心， 呼叫中心收到信息后派急救车到呼救地点施救。