前言
十多年前个人计算机开始普及后，信息化的脚步，即以一波波不同的潮流趋势，改变了大众的生活习惯。随着因特网的蓬勃发展和电子商务的盛行，近几年来办公设备信息化的风潮，也逐渐延伸到个人与家庭中，而宽频上网及行动通讯设备的普及使信息的取得越来越容易，使得大众对于信息的传递，不只要求速度上的提升，也同时希望不受地域的影响，随时随地都能取得信息。
各种展频技术与短距离无线通信技术之简介
在前述的发展趋势下，自然也就造就了无线通讯技术的快速成长。
由于无线电频道在各国均属于有限的公共资源，因此各国均加以严格管制。美国联邦通讯委员会﹝FCC；Federal Communications Commission﹞于1985年时，为了满足当时对于通讯频宽需求的日益增加，决定开放三个ISM频宽﹝Industrial Scientific Medical bands﹞，频率范围各为902~928MHz，2.4~2.483GHz、5.725~5.875GHz的频宽，提供低功率商用无线电使用，一般大众不用另外申请执照，即可应用于工业科学及医学等方面。此一政策对日后无线网络的发展上有着重要的影响；到了90年代初，使用ISM频宽的通讯产品纷纷出现在市场上，而为了使各种产品之间能够互相沟通，因此标准的制订就成了重要的工作。
2.4GHz频宽因为频率甚高，不易与电子仪器产生电波干扰，也不会像900MHz的频宽与GSM行动电话所使用的频宽互相重迭，因此诸如IEEE 802.11b/g (WLAN标准)与蓝芽(Bluetooth)等通讯标准，便采用2.4GHz频宽的两主流通讯标准。
随着目前ISM频段有愈来愈多的无线通讯设备使用，因此使用相近频宽的通讯设备之间彼此会互相干扰，包括同频干扰﹝Co-Channel Interference﹞及相邻频道干扰﹝Next-Channel Interference﹞，展频技术即是用来防止通讯干扰的一种无线传送技术。展频技术主要又分为单跳跃式展频﹝Frequency-Hopping Spread Spectrum﹞及直接序列展频﹝Direct Sequence Spread Spectrum﹞两种，是由美国军方在第二次世界大战期间发展出来的一种安全可靠的无线电传送技术，其目的是希望在恶劣的环境中，依然能保持无线信号的高可信度及安全性，并具有抗干扰和不易被窃听的能力。
如前所述，主要的展频技术主要有以下两大类
1.单跳跃式展频﹝Frequency-Hopping Spread Spectrum；FHSS﹞
FHSS技术采用窄频载波﹝Narrowband﹞来传送讯号，发送方和接收方都以相同的模式不断变动其载波频率，经过严格的同步化后，发送方和接收方之间可维持一个唯一的逻辑信道，FHSS的每个发送器均可采用不同的跳频序列，这样即可使多个采用相同频段的发送器共享频宽，对于非预期的接收对象而言，FHSS所产生的跳动讯号就像是脉冲噪声一样。
此一技术以较低的频宽使用率来确保其高度安全性，优点是可以防止较强的干扰，适用于传输范围较小且需要移动的应用，但也因此FHSS的传输效率通常比直接序列展频DSSS来的低。
2.直接序列展频﹝Direct Sequence Spread Spectrum；DSSS﹞
DSSS技术是将原来的传送数据，发送端利用展频码﹝ Spreading Code ﹞为每个被传输的位产生一个额外的识别数据，接收端藉由识别数据域位判别资料是否属于特定的发送者，并藉此由频宽中解析出属于自己该接收的特定数据。识别数据亦为接收端复原原始数据的主要关键，即使在档案中的一个或更多的位在传输期间遗失或损坏，DSSS中的除错技术能自动修复原始的数据，使漏失的数据不必再次传输。
而经过DSSS展频后的传送讯号将是原始讯号的数倍频宽，使得原来高功率窄频宽的数据变成较宽频宽的低功率讯号，如此一来有心窃取数据的人便不容易判别哪些才是真正的数据讯号，一般而言采用较长的展频码可以增加数据的抗噪声干扰能力，而较小的展频码则可以增加同时间的使用人数，由于DSSS采用全频宽传送数据，数据吞吐量高于FHSS，适用于固定环境中对传输品质要求较高的应用。
在短距离无线传输技术方面，主要是以蓝芽(Bluetooth)与无线网络(WLAN； IEEE 802.11x系列标准)为主
1.蓝芽
蓝芽是一种低成本、短距离的开放式无线通讯技术标准。它是由5家计算机及通讯领域公司，包含Intel、IBM、Ericsson、东芝和诺基亚于1999年所共同提倡的一种无线通讯技术标准。这五间公司成立的蓝牙特殊兴趣集团﹝Bluetooth SIG﹞采取了无偿向全世界的产业界移转专利技术的策略，以实现全球统一标准的目标。
蓝芽技术的设计初衷，是将个人领域范围内各种信息化装置连结成小型的网络，使资源都能被分享，其最终目的就是要建立一个全球统一的无线连接标准，不同厂家生产的各种设备，在近距离内都能不藉由电缆联机，就可以方便地连接起来。此一技术提供了一种低价、高度整合、可传输语音与数据的短距离无线传输环境，采用ISM频宽2.4GHz，并为了减少和其它共享ISM频宽的无线系统发生干扰，而以跳频展频技术FHSS传输。
根据2001年下半年公布的蓝芽规格2.0版规格，整个传输速率以由1Mbps提升至12Mbps的水准。
2.无线网络
IEEE 802.11x系列标准利用2.4GHz的频宽，采用高速直接序列展频技术DSSS，提供最大的传输数据频宽为11 ~ 54Mbps。802.11x技术主要是应用在高速的无线网络上，传输距离可达100公尺以上。802.11x与主要用来连结接口设备的蓝芽技术不同，虽然蓝芽技术也具有网络连接功能，但传输速率大约只有1Mbps而以，且传输距离较短，相较于802.11b的11Mbps与802.11g的54Mbps，对于长距离、高数据量的网络应用需求，802.11x技术较蓝牙来的合适。
无线网络以电磁波做为数据传输的媒介，先天上就比较不安全，无法防止有心人士对传输信息的不法窃听。除了透过DSSS展频码的调变外，802.11x对于无线网络的安全性，另外加上数据加密功能，以128bits以上的金钥编码，来确保无线数据的私密性。
低成本的短距离无线通信需求与新一代的2.4GHz低成本解决方案
若从技术上的特性来看，蓝芽是以低消耗功率与低通信速度获得行动通讯与信息外围设备的青睐；而WLAN虽具备较高的传输速度与安全性，但相对的要付出相当高的功率消耗，较适用于办公室之类需求高频宽与资料保密的场合。在低阶的应用层面，像是信息家电、保全系统、遥控玩具等的无线通信需求，蓝芽与WLAN复杂的电路架构，与其较高的功率消耗与成本，并不适用于此类型产品的需求；其余适用于低阶产品的窄频无线通讯技术，不是其使用的频段太低就是没有具备展频技术，容易被外界电波干扰，影响通信品质。
由于蓝芽与WLAN在技术及成本上的局限，一些新兴崛起的半导体设计公司，如RFWeave等业者，即着手设计以2.4GH技术为主的半双工直接序列展频DSSS无线电收发器芯片组解决方案，来提供2.4GHz ISM频宽并具备防止干扰的展频技术，且经由低功率的消耗，达到1 ~ 3Mbps的传输频宽，构成一种较蓝芽更低成本的短距离无线通信解决方案。
这种芯片组采用与WLAN相同的直接序列展频DSSS技术，不同于一般的DSSS通常采用ASIC或是DSP执行特定的运算以产生展频所需的信号，造成集成电路方面的成本大增，也无法降低系统所需的功率消耗，此种芯片组为了降低无线通信整体的成本；在其传送器﹝transceiver﹞的部分，运用被动表面声波组件﹝SAW: Surface Acoustic Wave﹞，称之为表面声波相关器﹝SAW Correlator﹞，来达到DSSS展频的功能。
运用表面声波相关器来进行展频的传送器，具有下列数项优势：
1. 表面声波相关器是一种构造简单的被动组件，取代DSP复杂的硅晶体电路，可大幅简化无线通讯芯片的架构。
2. 简化后的传输实体层，可使媒介存取控制层﹝MAC layer﹞变的较为单纯，可采用低成本的微控制器，降低系统整体成本。
3. 使用被动组件执行展频功能，比起集成电路来，具有更快的启动时间﹝低于20μs﹞，与高速的同步能力，也因此使这套解决方案拥有领先业界的极低功率消耗。独特设计的RF传输实体层架构，大部分时间都保持在待机的状态，只有在传送与接收的过程中才进入最大传输率的模式，让待机时的功率消耗低达2.6μa的水准。
4. 具有弹性的通讯协议层，与蓝牙之类的通用传输协议不同，此解决方案的通讯协议可依产品的不同应用来设计，适用于像是低延迟的影音串流数据流，或是多模式的混合数据传输使用。
此类型收发器芯片组一般包含三个芯片，包括DSSS实体层无线电收发器，与嵌入于电路板上的天线，不需使用外部天线模块，仅需搭配数套电感与电阻等被动组件，即可建构出简化、低成本、低功率、且性能强固的无线通讯收发器。同时也能支持广泛的运作电压﹝2.7至3.6伏特﹞，让它能应用在各种以电池供电的产品中；其中其无线收发器的输出尖峰功率为2dBm，接收器的灵敏度为-80dBm，适用在短距离的无线链接应用上。芯片组并附有参考设计方案，接口为一套全数字化的序列接口，不需要RF的专业知识即可使用。
低成本无线解决方案的应用层面
目前这类运用表面声波相关器来实做展频的传送器已适用于各种无线耳机﹝行动通讯耳机与音响用高品质听筒﹞、无线键盘、无线鼠标与最近相当热门的游戏主机用无线控制器与摇杆等在内的应用产品。
由于此类解决方案具备其它低成本窄频通讯技术欠缺的展频能力，避免产品受到各种ISM频段无线电波的干扰，甚至是受到家里同样运作于2.4GHz的微波炉的盖台；一般的信息家电或许不需要高达数Mbps的传输速率，但快速的传输能力将可提高产品的反应能力，使电玩把手之类的产品可以更精准的控制游戏的进行；极低的功率消耗确保无线听筒等行动装置能够维持长时间的运作，而不用经常更换电池；芯片组以其电路板上的印刷电路天线，即可支持20公尺范围内的多个无线装置同时运作，并可与Bluetooth及WLAN的电波并存，而不至产生互相干扰。
结语
无线产品的进化速度越来越快，产品生命周期由过去的数年间缩短到数个月，扣除产品的开发与上市布局，商品实际可销售获利的时期甚短，业者莫不尽力缩短产品研发所需的时间。本文以运用表面声波相关器来实做展频的传送器为例，提供另一种低成本的无线网络通讯解决方案的应用参考，使业者迅速的完成其产品设计，并以其极低的成本，让产品获得稳定不受干扰的高品质无线通讯应用。
十多年前个人计算机开始普及后，信息化的脚步，即以一波波不同的潮流趋势，改变了大众的生活习惯。随着因特网的蓬勃发展和电子商务的盛行，近几年来办公设备信息化的风潮，也逐渐延伸到个人与家庭中，而宽频上网及行动通讯设备的普及使信息的取得越来越容易，使得大众对于信息的传递，不只要求速度上的提升，也同时希望不受地域的影响，随时随地都能取得信息。
各种展频技术与短距离无线通信技术之简介
在前述的发展趋势下，自然也就造就了无线通讯技术的快速成长。
由于无线电频道在各国均属于有限的公共资源，因此各国均加以严格管制。美国联邦通讯委员会﹝FCC；Federal Communications Commission﹞于1985年时，为了满足当时对于通讯频宽需求的日益增加，决定开放三个ISM频宽﹝Industrial Scientific Medical bands﹞，频率范围各为902~928MHz，2.4~2.483GHz、5.725~5.875GHz的频宽，提供低功率商用无线电使用，一般大众不用另外申请执照，即可应用于工业科学及医学等方面。此一政策对日后无线网络的发展上有着重要的影响；到了90年代初，使用ISM频宽的通讯产品纷纷出现在市场上，而为了使各种产品之间能够互相沟通，因此标准的制订就成了重要的工作。
2.4GHz频宽因为频率甚高，不易与电子仪器产生电波干扰，也不会像900MHz的频宽与GSM行动电话所使用的频宽互相重迭，因此诸如IEEE 802.11b/g (WLAN标准)与蓝芽(Bluetooth)等通讯标准，便采用2.4GHz频宽的两主流通讯标准。
随着目前ISM频段有愈来愈多的无线通讯设备使用，因此使用相近频宽的通讯设备之间彼此会互相干扰，包括同频干扰﹝Co-Channel Interference﹞及相邻频道干扰﹝Next-Channel Interference﹞，展频技术即是用来防止通讯干扰的一种无线传送技术。展频技术主要又分为单跳跃式展频﹝Frequency-Hopping Spread Spectrum﹞及直接序列展频﹝Direct Sequence Spread Spectrum﹞两种，是由美国军方在第二次世界大战期间发展出来的一种安全可靠的无线电传送技术，其目的是希望在恶劣的环境中，依然能保持无线信号的高可信度及安全性，并具有抗干扰和不易被窃听的能力。
如前所述，主要的展频技术主要有以下两大类
1.单跳跃式展频﹝Frequency-Hopping Spread Spectrum；FHSS﹞
FHSS技术采用窄频载波﹝Narrowband﹞来传送讯号，发送方和接收方都以相同的模式不断变动其载波频率，经过严格的同步化后，发送方和接收方之间可维持一个唯一的逻辑信道，FHSS的每个发送器均可采用不同的跳频序列，这样即可使多个采用相同频段的发送器共享频宽，对于非预期的接收对象而言，FHSS所产生的跳动讯号就像是脉冲噪声一样。
此一技术以较低的频宽使用率来确保其高度安全性，优点是可以防止较强的干扰，适用于传输范围较小且需要移动的应用，但也因此FHSS的传输效率通常比直接序列展频DSSS来的低。
2.直接序列展频﹝Direct Sequence Spread Spectrum；DSSS﹞
DSSS技术是将原来的传送数据，发送端利用展频码﹝ Spreading Code ﹞为每个被传输的位产生一个额外的识别数据，接收端藉由识别数据域位判别资料是否属于特定的发送者，并藉此由频宽中解析出属于自己该接收的特定数据。识别数据亦为接收端复原原始数据的主要关键，即使在档案中的一个或更多的位在传输期间遗失或损坏，DSSS中的除错技术能自动修复原始的数据，使漏失的数据不必再次传输。
而经过DSSS展频后的传送讯号将是原始讯号的数倍频宽，使得原来高功率窄频宽的数据变成较宽频宽的低功率讯号，如此一来有心窃取数据的人便不容易判别哪些才是真正的数据讯号，一般而言采用较长的展频码可以增加数据的抗噪声干扰能力，而较小的展频码则可以增加同时间的使用人数，由于DSSS采用全频宽传送数据，数据吞吐量高于FHSS，适用于固定环境中对传输品质要求较高的应用。
在短距离无线传输技术方面，主要是以蓝芽(Bluetooth)与无线网络(WLAN； IEEE 802.11x系列标准)为主
1.蓝芽
蓝芽是一种低成本、短距离的开放式无线通讯技术标准。它是由5家计算机及通讯领域公司，包含Intel、IBM、Ericsson、东芝和诺基亚于1999年所共同提倡的一种无线通讯技术标准。这五间公司成立的蓝牙特殊兴趣集团﹝Bluetooth SIG﹞采取了无偿向全世界的产业界移转专利技术的策略，以实现全球统一标准的目标。
蓝芽技术的设计初衷，是将个人领域范围内各种信息化装置连结成小型的网络，使资源都能被分享，其最终目的就是要建立一个全球统一的无线连接标准，不同厂家生产的各种设备，在近距离内都能不藉由电缆联机，就可以方便地连接起来。此一技术提供了一种低价、高度整合、可传输语音与数据的短距离无线传输环境，采用ISM频宽2.4GHz，并为了减少和其它共享ISM频宽的无线系统发生干扰，而以跳频展频技术FHSS传输。
根据2001年下半年公布的蓝芽规格2.0版规格，整个传输速率以由1Mbps提升至12Mbps的水准。
2.无线网络
IEEE 802.11x系列标准利用2.4GHz的频宽，采用高速直接序列展频技术DSSS，提供最大的传输数据频宽为11 ~ 54Mbps。802.11x技术主要是应用在高速的无线网络上，传输距离可达100公尺以上。802.11x与主要用来连结接口设备的蓝芽技术不同，虽然蓝芽技术也具有网络连接功能，但传输速率大约只有1Mbps而以，且传输距离较短，相较于802.11b的11Mbps与802.11g的54Mbps，对于长距离、高数据量的网络应用需求，802.11x技术较蓝牙来的合适。
无线网络以电磁波做为数据传输的媒介，先天上就比较不安全，无法防止有心人士对传输信息的不法窃听。除了透过DSSS展频码的调变外，802.11x对于无线网络的安全性，另外加上数据加密功能，以128bits以上的金钥编码，来确保无线数据的私密性。
低成本的短距离无线通信需求与新一代的2.4GHz低成本解决方案
若从技术上的特性来看，蓝芽是以低消耗功率与低通信速度获得行动通讯与信息外围设备的青睐；而WLAN虽具备较高的传输速度与安全性，但相对的要付出相当高的功率消耗，较适用于办公室之类需求高频宽与资料保密的场合。在低阶的应用层面，像是信息家电、保全系统、遥控玩具等的无线通信需求，蓝芽与WLAN复杂的电路架构，与其较高的功率消耗与成本，并不适用于此类型产品的需求；其余适用于低阶产品的窄频无线通讯技术，不是其使用的频段太低就是没有具备展频技术，容易被外界电波干扰，影响通信品质。
由于蓝芽与WLAN在技术及成本上的局限，一些新兴崛起的半导体设计公司，如RFWeave等业者，即着手设计以2.4GH技术为主的半双工直接序列展频DSSS无线电收发器芯片组解决方案，来提供2.4GHz ISM频宽并具备防止干扰的展频技术，且经由低功率的消耗，达到1 ~ 3Mbps的传输频宽，构成一种较蓝芽更低成本的短距离无线通信解决方案。
这种芯片组采用与WLAN相同的直接序列展频DSSS技术，不同于一般的DSSS通常采用ASIC或是DSP执行特定的运算以产生展频所需的信号，造成集成电路方面的成本大增，也无法降低系统所需的功率消耗，此种芯片组为了降低无线通信整体的成本；在其传送器﹝transceiver﹞的部分，运用被动表面声波组件﹝SAW: Surface Acoustic Wave﹞，称之为表面声波相关器﹝SAW Correlator﹞，来达到DSSS展频的功能。
运用表面声波相关器来进行展频的传送器，具有下列数项优势：
1. 表面声波相关器是一种构造简单的被动组件，取代DSP复杂的硅晶体电路，可大幅简化无线通讯芯片的架构。
2. 简化后的传输实体层，可使媒介存取控制层﹝MAC layer﹞变的较为单纯，可采用低成本的微控制器，降低系统整体成本。
3. 使用被动组件执行展频功能，比起集成电路来，具有更快的启动时间﹝低于20μs﹞，与高速的同步能力，也因此使这套解决方案拥有领先业界的极低功率消耗。独特设计的RF传输实体层架构，大部分时间都保持在待机的状态，只有在传送与接收的过程中才进入最大传输率的模式，让待机时的功率消耗低达2.6μa的水准。
4. 具有弹性的通讯协议层，与蓝牙之类的通用传输协议不同，此解决方案的通讯协议可依产品的不同应用来设计，适用于像是低延迟的影音串流数据流，或是多模式的混合数据传输使用。
此类型收发器芯片组一般包含三个芯片，包括DSSS实体层无线电收发器，与嵌入于电路板上的天线，不需使用外部天线模块，仅需搭配数套电感与电阻等被动组件，即可建构出简化、低成本、低功率、且性能强固的无线通讯收发器。同时也能支持广泛的运作电压﹝2.7至3.6伏特﹞，让它能应用在各种以电池供电的产品中；其中其无线收发器的输出尖峰功率为2dBm，接收器的灵敏度为-80dBm，适用在短距离的无线链接应用上。芯片组并附有参考设计方案，接口为一套全数字化的序列接口，不需要RF的专业知识即可使用。
低成本无线解决方案的应用层面
目前这类运用表面声波相关器来实做展频的传送器已适用于各种无线耳机﹝行动通讯耳机与音响用高品质听筒﹞、无线键盘、无线鼠标与最近相当热门的游戏主机用无线控制器与摇杆等在内的应用产品。
由于此类解决方案具备其它低成本窄频通讯技术欠缺的展频能力，避免产品受到各种ISM频段无线电波的干扰，甚至是受到家里同样运作于2.4GHz的微波炉的盖台；一般的信息家电或许不需要高达数Mbps的传输速率，但快速的传输能力将可提高产品的反应能力，使电玩把手之类的产品可以更精准的控制游戏的进行；极低的功率消耗确保无线听筒等行动装置能够维持长时间的运作，而不用经常更换电池；芯片组以其电路板上的印刷电路天线，即可支持20公尺范围内的多个无线装置同时运作，并可与Bluetooth及WLAN的电波并存，而不至产生互相干扰。
结语
无线产品的进化速度越来越快，产品生命周期由过去的数年间缩短到数个月，扣除产品的开发与上市布局，商品实际可销售获利的时期甚短，业者莫不尽力缩短产品研发所需的时间。本文以运用表面声波相关器来实做展频的传送器为例，提供另一种低成本的无线网络通讯解决方案的应用参考，使业者迅速的完成其产品设计，并以其极低的成本，让产品获得稳定不受干扰的高品质无线通讯应用。
