面向嵌入系統的480Mb/s無(wú)線(xiàn)UWB鏈路
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圖3 設備A通過(guò)設備B知道設備C的存在
UWB采用時(shí)分多址(Time Division Multiple Access，TDMA)方式，即按照時(shí)隙和幀來(lái)組織傳輸。UWB傳輸時(shí)隙組合構成超幀(見(jiàn)圖4)。超幀分為信標段(BP)和數據傳輸段(DTP)。信標及有效數據占據超幀的256個(gè)媒體訪(fǎng)問(wèn)時(shí)隙，一個(gè)媒體訪(fǎng)問(wèn)時(shí)隙持續256μs，一個(gè)超幀持續65.5ms。所有能相互“聽(tīng)”到的網(wǎng)絡(luò )成員都通過(guò)收聽(tīng)到的信標來(lái)與超幀同步。信標中的信息可視為網(wǎng)絡(luò )成員的通信通道。
圖4 UWB數據超幀分為信標段和數據傳輸段
3 采用信標和TDMA技術(shù)節能
由于按時(shí)隙組織通道，因此并不需要每個(gè)設備每時(shí)每刻都在接收和發(fā)送數據。一個(gè)設備每次只需被喚醒65.5ms收聽(tīng)信標；如果該設備沒(méi)有任何任務(wù)，將重新返回睡眠狀態(tài)。這類(lèi)似于手機延長(cháng)電池壽命的睡眠模式。
4 無(wú)競爭大頻帶與通道訪(fǎng)問(wèn)
UWB的無(wú)線(xiàn)接口很像電纜。如果有幾個(gè)通信參與者而通道又有限，就必須對訪(fǎng)問(wèn)權限進(jìn)行管理。打算發(fā)送信息到某一通道的設備需要確定該通道是否已被別的設備占用。如果發(fā)現該通道空閑，就發(fā)送信息。當然，有可能兩個(gè)設備同時(shí)在收聽(tīng)該通道，都發(fā)現它是空閑的，并同時(shí)向其發(fā)送信息，這就是所謂的“碰撞”。發(fā)生“碰撞”時(shí)，設備將嘗試稍后再訪(fǎng)問(wèn)通道。這期間，每個(gè)設備在重試前都等待一個(gè)隨機時(shí)長(cháng)。優(yōu)先級較高的設備可能比優(yōu)先級較低的設備先進(jìn)行重試。這種“競爭訪(fǎng)問(wèn)”機制是20世紀70年代隨以太網(wǎng)發(fā)明的，也常用于WLAN。顯然，如果要以最低延遲無(wú)中斷地傳輸一段視頻流，這種方法就行不通了。為確保能無(wú)中斷地傳輸視頻流，UWB采用了分布式駐留協(xié)議(DRP)。由于UWB基于TDMA，為保障與另一設備通信，網(wǎng)絡(luò )成員可保留一些固定的時(shí)隙(媒體訪(fǎng)問(wèn)時(shí)隙)。保留通道占用時(shí)隙的相關(guān)信息在信標時(shí)段傳送。如果某一時(shí)隙被標記為“硬保留”，任何第三方都不可占用該時(shí)隙。這是保障視頻傳輸要求的確定性數據傳輸速率所必須的。
除DRP訪(fǎng)問(wèn)機制外，UWB還可使用“優(yōu)先排序競爭訪(fǎng)問(wèn)”機制。
實(shí)施方案
圖5所示為使用愛(ài)特梅爾公司CAP可定制微控制器實(shí)現UWB-MAC的例子。該系統級芯片(SoC)利用Atmel微控制器外設，如USB主機和設備、以太網(wǎng)MAC和外部存儲控制器。這些設備可通過(guò)多層高級主機總線(xiàn)(Advanced Host Bus, AHB)與UWB-MAC高速交換數據，并借助ARM外設總線(xiàn)(Advanced Host Bus, APB)控制數據。
UWB物理層(UWB-PHY)可以是Wionics Research公司的RTU7012雙頻物理層(Dual Band PHY)，該物理層符合WiMedia PHY 1.1和 PHY 1.2技術(shù)規范，可在UWB頻帶群1和3中工作。
1 低延遲UWB媒體訪(fǎng)問(wèn)控制器
UWB標準的許多參數都由微控制器固件來(lái)控制。這樣，在需要增添其他高層協(xié)議如無(wú)線(xiàn)USB時(shí)，無(wú)須任何硬件修改。使用固件實(shí)施方案，還可降低規范變更的風(fēng)險，并提高了靈活性。
MAC可在UWB設備間按任何方向傳輸任何數據。例如，一個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)送視頻信號的應用，來(lái)自數字視頻接口的數據通過(guò)AHB傳送到與外部總線(xiàn)接口(External Bus Interface，EBI)連接的SDRAM。該SDRAM用作一個(gè)視頻中間緩沖器(見(jiàn)圖6)。MAC從該SDRAM提取視頻數據，并將其傳送到UWB網(wǎng)絡(luò )以完成傳輸。在相反的方向上，則將UWB物理層接收到的數據傳送到SDRAM。
圖6 UWB-MAC用作總線(xiàn)主控
在UWB網(wǎng)絡(luò )和SDRAM之間傳輸數據時(shí)，MAC用作AHB總線(xiàn)，無(wú)須處理器核進(jìn)行干預。這意味著(zhù)處理器不會(huì )被數據傳輸任務(wù)占用，因而可用于控制后續UWB超幀的MAC設置。在這種架構下，任何AHB總線(xiàn)設備都可成為數據傳輸的目標或源，無(wú)論是傳送到UWB-MAC，還是從UWB-MAC傳出。對于UWB無(wú)線(xiàn)模塊的接口，UWB-MAC采用WiMedia ECMA369 MAC-PHY接口標準。
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