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标题: 手持式系统无线局域网解决方案的选择 [打印本页]

作者: admin 时间: 2015-4-26 22:30
标题: 手持式系统无线局域网解决方案的选择
将WLAN功能集成到终端应用之中为系统设计提出了巨大的挑战，设计者必须认识WLAN所能实现的功能，并且掌握系统中WLAN的实现方法，才能做出正确的选择，本文给出了需要考虑的几个关键因素。

      手持式设备中引入WLAN（无线局域网）功能是与很多应用领域密切相关的，例如手机、数码相机和打印机等，从而将Internet上丰富的知识和娱乐功能与网络设备的通信能力结合起来。将WLAN功能有效地集成到终端应用之中为系统结构的设计提出了巨大的挑战。

      清楚的认识WLAN所能够实现的功能，并且全面掌握系统中WLAN的实现方法，能够指导设计者正确选择应用平台的解决方案。集成WLAN需要考虑以下几个主要特征。

成本

      采用大胆的设计策略能够将成本降至最低。先进的光刻工艺能够减少管芯的尺寸，可以将多个管芯封装在一起，进一步降低成本和尺寸。通过权衡片上存储器容量与卡上存储容量，同时保持吞吐量指标，可以得到最优的产品总成本。

性能

      速率与频段的比值可以表征WLAN的性能，但即使大幅度减小无线器件的尺寸也不能以牺牲性能为代价。同样，人们希望这些小型的WLAN设备能够提供较好的QoS特性，以支持嵌入式产品中的音频、语音或视频功能，尺寸和功耗的限制不能降低QoS服务质量。

功耗

      WLAN设备的功耗是一个性能指标，人们在广泛关注设备功耗的同时常常发生误解。很多术语的说法都缺乏明确性。诸如休眠（sleep）、深度休眠（deep sleep）、打盹（doze）和待机（standby）等术语常常可以混用。但重要的是，这些术语的含义和用法在上下文环境中不会被误解。

      WLAN集成到手持设备之中不能影响设备充电之间的时间间隔。这是需要注意的最重要的因素。Conexant公司通过巧妙的结构设计已经解决了这一问题。在Tsleep阶段，通过下列几种方法可以得到功耗明确的设计结果。

减少存储器尺寸（在低功耗模式下，存储器功耗占WLAN芯片组功耗的绝大部分）。
降低时钟速度和使用程度（在休眠模式下，尽可能使用最低的频率运行代码，当不再使用时，使其休眠）。
对于简单的任务使用状态机（降低主机的时钟频率或者使主机休眠）。

      根据设备的功能需求，可能需要分析特定功能模式下的功耗。例如，仅仅在VoIP上使用WLAN的手持设备。在这种情况下，你必须针对手持设备的VoIP编码器优化WLAN协议，这可以通过U-APSD之类的标准技术或者私有化的方法来实现。

      根据编码器的不同，特定应用中使用的这类降低功耗技术可以节省90%～95%的功耗。表1中列出了其他一些应用及其降低功耗的技术。

表1 其他一些应用及其降低功耗的技术

每种降低功耗的技术都有一些关键的设计目标，这些技术都采用一些共同的降低功耗的方法。还有一些在特定模式下需要考虑的因素，例如VoIP模式的高级时序和QoS。

图1 集成了802.11b/g方案的设计范例

      PSM和VoIP模式下较快的唤醒时间可以缩短总的接收器启动时间的。唤醒时间越短，接收器被激活的时间越短，从而降低了总的功耗。采用优化唤醒时间的WLAN操作比仅仅优化开启时间的方法可以节省70％的功耗。

      在低功耗模式下，除了快速的开启时间、最小的激活功耗和最小的休眠功耗之外，还有另外一种系统变量。DTIM（Delivery Traffic Indication Message，延迟传输指示消息）技术控制了客户端从休眠模式下唤醒的频率，直接影响了PSM模式下的功耗。

尺寸

      便携式嵌入式设计中面临的挑战之一就是如何设计尺寸小巧的产品。在WLAN芯片组设计阶段就必须注意很多减小WLAN尺寸的问题，这一问题可以分成以下几个方面：

先进的多芯片封装
部件集成
共享设备天线的多种技术

      取代PA的FEM（Front end module，前端模块）（FEM包含PA、开关和平衡转换器，可能包含也可能不包含阻塞滤波器）

共存性

      WLAN设备必须能够与其他一些无线通信设备共存。今后，在一台手持设备中包含多种蜂窝技术、蓝牙和WLAN技术将是非常普遍的。这就为每种技术提出了设计上的难题。

      通过使用带通阻塞滤波器可以实现蜂窝共存。在Conexant公司的方案中，蓝牙和WLAN使用一个天线和阻塞滤波器，同时在WLAN的FEM上设置一个BT端口。这种方法为两种无线设备提供了隔离，被证明是实现共存的一种很有效的方法。当接收WLAN报文并且停止另一个接收器降低接收灵敏度时，如果其他发射器工作，则需要设置阻塞滤波器。

      蓝牙使用802.15.2 PTA（Packet Traffic Arbitration，报文传输仲裁）技术来避免WLAN和蓝牙之间的冲突。使用PTA可以共享一个2.4GHz的天线，从而消除这些技术之间的干扰。

      图2给出了一个常见的使用了 802.15.2 PTA的蓝牙/WLAN共存和天线共享配置方案。

图2 无线设备模块图

WLAN主机接口需要兼容嵌入式应用中采用的多种标准接口，例如SPI和安全数字I/O，处理器上这些接口的速度可能成为WLAN设备实际能够提供的吞吐量的瓶颈。WLAN设备能够提供高达20Mb/s的吞吐量，但是可能存在一些主机接口上的限制。设计者必须确保处理器接口能够提供所需的吞吐量。无论在激活模式下还是在低功耗模式下，主处理器以及它与WLAN设备的交互都会大大影响平台的功耗。

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