越來(lái)越多的高性?xún)r(jià)比的無(wú)線(xiàn)技術(shù)和可應(yīng)用于更廣領(lǐng)域的解決方案的出現(xiàn)，帶來(lái)了無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的激增。無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)制造商的目標(biāo)就是提供更加靈活可靠的方案，在獲得最長(zhǎng)的電池壽命的同時(shí)盡可能擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離。很多傳感器網(wǎng)絡(luò)都是由一些簡(jiǎn)單的節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)收集數(shù)據(jù)并將之發(fā)送給集中器?；趥鹘y(tǒng)的方案，為改善性能需要折衷權(quán)衡考慮，而相比較而言，用于改善未來(lái)系統(tǒng)性能的新技術(shù)則在折衷考慮方面會(huì)有很大的不同。

　　傳輸速率和距離

　　傳輸速率是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中一個(gè)關(guān)鍵的可變因素，它將決定整個(gè)系統(tǒng)整體性能的很多屬性。無(wú)線(xiàn)傳輸距離由接收機(jī)靈敏度和發(fā)射機(jī)輸出功率共同決定，兩者之間的差值我們稱(chēng)之為鏈路預(yù)算。輸出功率受限于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，所以只有通過(guò)提高靈敏度來(lái)增加距離，而靈敏度又受數(shù)據(jù)速率非常重要的影響。對(duì)所有的調(diào)制方式來(lái)說(shuō)，越低的速率，接收機(jī)的帶寬越窄，接收靈敏度就越高。在現(xiàn)今高性?xún)r(jià)比無(wú)線(xiàn)收發(fā)機(jī)中應(yīng)用最廣泛的調(diào)制方式是FSK或者GFSK。要進(jìn)一步減小FSK系統(tǒng)的接收機(jī)帶寬，唯一可行的辦法就是提高參考晶體的精確度。雖未經(jīng)檢驗(yàn)過(guò)但可以預(yù)見(jiàn)，這很容易就會(huì)產(chǎn)生比接收機(jī)帶寬更寬的頻率偏差。低成本的晶體一般只有20ppm的精度，這將限制使用載波頻率為868MHz或915MHz系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率在20kbps，靈敏度在-112dBm。使用溫補(bǔ)晶振可以獲得更高的靈敏度，但是溫補(bǔ)晶振的價(jià)錢(qián)將是普通晶體的三倍。

　　擴(kuò)頻調(diào)制方式在其他領(lǐng)域應(yīng)用了很多年，但直到至今仍未使用于低成本的傳感網(wǎng)絡(luò)方案。在等同的數(shù)據(jù)速率條件下，商用的低成本擴(kuò)頻調(diào)制方式可以獲得比傳統(tǒng)FSK調(diào)制方式高8-10dB的靈敏度。升特（Semtech）公司將推出一款新的收發(fā)機(jī)，這款收發(fā)機(jī)集成了一種名為LoRa的擴(kuò)頻調(diào)制方式和傳統(tǒng)的GFSK調(diào)制方式。圖1展示了在GFSK調(diào)制和LoRa擴(kuò)頻調(diào)制兩種系統(tǒng)中靈敏度相對(duì)數(shù)據(jù)速率的關(guān)系曲線(xiàn)。

　　

　　圖1：在GFSK調(diào)制和LoRa擴(kuò)頻調(diào)制兩種系統(tǒng)中靈敏度相對(duì)數(shù)據(jù)速率的關(guān)系曲線(xiàn)。

　　有些擴(kuò)頻調(diào)制方式對(duì)晶體引起的頻率偏差更不敏感，這類(lèi)接收機(jī)在125kHz的帶寬下使用低成本的20ppm的晶體時(shí)獲得接近-140dBm的靈敏度。與FSK系統(tǒng)相比，使用同樣低成本的晶體時(shí)這種新的擴(kuò)頻方式在靈敏度上改善了30dB，理論上相當(dāng)于增加了5倍的傳輸距離。通過(guò)降低速率獲得最大傳輸距離和要求最長(zhǎng)的電池壽命之間是相互沖突的。數(shù)據(jù)速率決定了空中傳輸時(shí)間，越高的傳輸速率，系統(tǒng)發(fā)射或接收將花費(fèi)越少的時(shí)間。100kbps的系統(tǒng)大約只需要50kbps的系統(tǒng)的傳輸時(shí)間的一半。更快的速率可以使更多的節(jié)點(diǎn)在無(wú)競(jìng)爭(zhēng)沖突下在同一區(qū)域共存，但這將降低接收靈敏度和傳輸距離。每一種接收機(jī)都會(huì)提供多種工作和休眠的模式，且不同模式下的功耗是不同的。各節(jié)點(diǎn)收發(fā)占空比將決定哪些模式會(huì)對(duì)功耗產(chǎn)生最大的影響。例如，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)頻繁地處于接收狀態(tài)，那接收電流就非常重要。同理，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)每天只發(fā)射一次，那睡眠電流就是最重要的因素。

　　頻帶選擇

　　考慮到多種2.4GHz技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，包括藍(lán)牙、Wi-Fi和Zigbee，很多廠(chǎng)家認(rèn)為他們不得不使用一種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議進(jìn)行設(shè)計(jì)，于是2.4GHz實(shí)際上就成了無(wú)線(xiàn)收發(fā)機(jī)工作頻率的一種選擇。在很多應(yīng)用上市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)廠(chǎng)商采取已有的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這是事實(shí)。例如，Wi-Fi提供了通用的高速連接服務(wù)，而藍(lán)牙則為大容量消費(fèi)類(lèi)市場(chǎng)比如移動(dòng)電話(huà)和電腦外圍設(shè)備等提供了兼容的互連服務(wù)。盡管如此，很多應(yīng)用卻只需要相當(dāng)?shù)偷乃俾?，并且工作在一個(gè)封閉的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。在這些情況下，專(zhuān)有協(xié)議能顯著地降低系統(tǒng)成本，能最小化所使用處理器的資源，同時(shí)避免在規(guī)范兼容測(cè)試和logo授權(quán)上的花費(fèi)。有些市場(chǎng)已經(jīng)同時(shí)使用不同的無(wú)線(xiàn)協(xié)議來(lái)滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。以自動(dòng)抄表為例，使用sub-GHz實(shí)現(xiàn)回程數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，而使用2.4GHz完成室內(nèi)短距離通信。家庭安防系統(tǒng)可以使用Sub-GHz傳輸?shù)退賯鞲袛?shù)據(jù)，同時(shí)使用2.4GHz進(jìn)行高速視頻傳輸。很多市場(chǎng)應(yīng)用當(dāng)涉及采用何種無(wú)線(xiàn)傳輸協(xié)議時(shí)仍懸而未決。例如，現(xiàn)有的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)使用Sub-GHz，但新出現(xiàn)的2.4GHz器件正在慢慢進(jìn)入該市場(chǎng)。是使用Sub-GHz還是2.4GHz，有很多需要權(quán)衡考慮的地方。2.4GHz的主要優(yōu)點(diǎn)就是它是世界通用頻段，并且可以使用很小尺寸的天線(xiàn)。2.4GHz天線(xiàn)尺寸相當(dāng)于900MHz天線(xiàn)尺寸的三分之一大小，并且因?yàn)樗{(lán)牙和Wi-Fi的大量應(yīng)用，2.4GHz系統(tǒng)能獲得更低的成本。2.4GHz系統(tǒng)的最主要缺點(diǎn)就是通信距離太短，這也限制了它在無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用；它的空間損耗比900MHz要高大約9dB。另外，2.4GHz頻段已經(jīng)非常擁擠，會(huì)受到Wi-Fi，藍(lán)牙和微波爐等設(shè)備的嚴(yán)重干擾。圖2總結(jié)了2.4GHz和Sub-GHz兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)。

　　

　　新的基于擴(kuò)頻的調(diào)制技術(shù)將可能改變上圖中顯示的2.4GHz和Sub-GHz的特性對(duì)比。使用擴(kuò)頻技術(shù)可以抵消上述9dB的自由空間損耗，從而使2.4GHz的傳輸距離能與現(xiàn)今Sub-GHz的FSK系統(tǒng)相當(dāng)。由于這種調(diào)制方式的性能，擴(kuò)頻比普通的FSK或GFSK調(diào)制具有更好的抗干擾魯棒性。30dB的抗同頻干擾和顯著改善的選擇性/抗阻塞性使得2.4GHz系統(tǒng)能更可靠地工作。由于擴(kuò)頻系統(tǒng)使用的不同的擴(kuò)頻序列是相互正交的，這就意味著它們能在一個(gè)信道中同時(shí)傳輸。與現(xiàn)有的FSK系統(tǒng)相比，這個(gè)性能能顯著地改善網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量。