嵌入式无线方案结合一个嵌入式处理器或系统，以及一个用来进行通讯的无线接口。这些成长快速的系统除了应用于消费性、医疗、甚至农业用系统中的各种多元功能产品外，亦可支持各类新形态的工业、商业、以及家用建筑自动化产品。不过因为功耗或者是缺乏理想的功耗效能，因此影响上述低数据传输率产品对于理想解决方案的需求。

嵌入式无线应用的功耗量测，并不是仅把所有零件功耗加总起来，虽然这却是经常使用的方法，用来为特定应用比较选择出要使用的组件。但这种用来取得可计量标准的基本方法，并不是真正合适的方法，因为无法完全反映出这些组件在整体系统中的互动与执行状况。

其实焦点应该放在无线系统的功耗上，以及特定无线解决方案在减少这类昂贵资源上的表现。可靠度是一种经常被忽略、但却同样重要的系统属性，但却能压低一个无线系统的功耗。可靠度在这方面指的是，系统在单一次尝试时、将数据从A点传送到B点的能力。这能反映出嵌入式无线应用其可靠度与功耗之间的关系，以及应如何优化可靠度与功耗效率。

可靠度与功耗之间的关联

选择低功耗应更考虑可靠度

在大多数嵌入式无线应用中，就功耗而言，代价最昂贵的就是收发器组件的传输功耗。现今市面上有许多不同的收发器组件，在比较数据表中的数据时，通常可看到落在20～30mA范围中的功耗值，但若选择最低额定功耗的组件，可能就会忽略更重要的系统可靠度属性。

为什么可靠度如此重要？对一个低功耗应用而言，每一uA或mA都相当重要，判断一个应用需要多长时间来维持运作。高功耗状态、极低功耗、与休眠状态的时间比率，此时可靠度就是一项最重要的判断属性，可靠度越高功耗就越低。在理想的状态中，完美的无线系统只须一次就能以最快的速度把数据从A点传送到B点。当然，没有系统能永远如此完美地执行这样的任务，总是会因干扰或讯号强度不足，无法送达远程终点，而必须重新传送，因此促使业者努力追求无线系统的可靠度。

无线通信系统可靠度主要内容

无线系统具备许多特色，能协助检验它们在特定系统中可靠地反应之能力。像射频频谱的使用状况，就是用于进行通讯的射频频谱中，该技术的接收灵敏度，便是收发器需要多少的时间来接收讯号，才能完成通讯流程，量测单位是以分贝计算的功率比1mW（dBm）。至于输出功耗指的是一种技术在通讯时，在各种潜在的干扰下，能发出最高的讯号功率，单元为dBm。而射频敏捷度则是特定技术在射频频谱中移动频率并避免干扰的能力，实质上是射频频道大小与可用频道数量的推算函数。另外还有抗干扰能力，射频技术在面临干扰时，在一个特定频道中进行通讯的能力，测量的单位是接收灵敏度的增加幅度，亦称为编码增益（dBm）。

小波长ISM频段应更注意可靠度变量

受到环境影响的RF频谱使用率，在可靠度的公式中是一个变量，这是因为射频电波的物理特性所致。频率越低，波长就越长，因此较不易被常见的建筑材料所吸收，像是液体以及强化水泥。射频频谱的使用，须受到政府的严苛管制，目的是为了让各种无线通信技术之间的干扰降到最低。目前仅有少量的频谱区段被保留，供地区性或国际间用来进行免频段授权的通讯，这些频段称为工业、科学、医疗ISM频段。在这种频段中，最主要且经常被用到的就是2.4 GHz部分的ISM频段。在这个频率上，小波长的讯号很快就会被工业环境中不利射频的物体所吸收，因此必须更加注意可靠度公式中的其他变量。

链路预算与DSSS调变

接收灵敏度、输出功率甚至抗干扰能力，都可以被量化，以构成一个更大更重要的变量来定义可靠度，亦即链路预算。链路预算的定义是接收灵敏度的绝对值加上输出功率与抗干扰能力。因此，接收灵敏度越高、输出功率越大、抗干扰能力越强，解决方案就能拥有更高的链路预算。链路预算越大，无线解决方案就越不容易受到射频波吸收与干扰的影响，因此具备更高的可靠度。

收发器的接收灵敏度以及输出功率，一般都是组件层级的差异因素，而且可轻易地评估与比较。但谈到抗干扰能力，就涉及到无线收发器为了改进抗干扰能力所使用的技术类型。在直接改良此功能方面，现今最佳技术之一就是直接序列展频（DSSS）调变。

DSSS调变本质上是一种执行前向错误修正的讯号传送方法，能减少因讯号干扰产生的数据流失。直接序列展频会根据传送器与接收器共享的虚拟随机杂电码（pseudo-random noise code；PRN），把大量数据编码成一大串比特流。例如，在图一中可看到8位的数据被编码成32个片段（chip）。在这个例子中，4个片段等于1个位。这些数据片段之后会经过调变，成为射频讯号后再加以传送。接收器会把接收到讯号中的片段进行解调变，然后逆向执行直接序列展频程序。即使因讯号噪声或是有干扰而导致解调变出现错误，系统也能将讯号复原出原始的数据内容。

《图一 直接序列展频示意图》

避免干扰技巧提高可靠度

最后，射频敏捷度能透过各种避免干扰的技巧来提高可靠度，包括跳频或是在射频频谱范围内移动频率。一个解决方案移动频率的自由度越高，就越适合在较无射频的环境中使用，且接收讯号时的干扰也较少。现今使用的各种敏捷射频技术，包括虚拟随机或是根据算法的跳频法，都能持续在频谱中切换，藉以将干扰减到最少，或是其他更聪明的方法，如在有必要时才进行切换。如图二所示。

《图二 跳频法（Channel Hopping）示意图》

从第一个跳频方法的可靠度方面来看，问题在于充满讯号的射频频谱中，难以避免地必须跳到频谱中某个含有高干扰源的区段，智能型系统则能找到一个较无干扰的区段，然后停止跳频。

射频特性与可靠度

不论使用何种跳频方法，射频敏捷度仍是包括射频频谱使用率与频道大小所规范的函数。根据射频频谱的使用状况，会得到或多或少的调整空间。例如，较低频率解决方案的空间幅度会低于较高频率的解决方案，因为面临频率配置上的限制。2.4 GHz解决方案含有约100 MHz的可用频谱，而900 MHz满足各种解决方案则仅有约26MHz的调整空间。在决定射频敏捷度方面，频道大小也是一个重要因素，频道越小，频谱敏捷度的空间就越大，射频的敏捷度就越高，系统就更能避免干扰，能在各种干扰源中顺利通讯。例如，在2.4 GHz的无线解决方案中，802.15.4解决方案通常频道宽为5MHz，仅含有16个可用的频道，而1MHz宽的解决方案通常有80个可用的频道，因此有更多空间来配置与移动，以避免干扰。

可靠度：链路预算＋射频敏捷度

因此可靠度的公式是链路预算加上反映像频频谱使用状况的射频敏捷度。链路预算越高，射频敏捷度就越高，无线解决方案在相同射频频谱中的可靠度就越高。此外，就算某种解决方案在某种环境中使用适合的射频频谱区段，像是水管工厂使用较低的频率，但若拿来和其他频率较高的解决方案，也会相形失色，因为它们能提高链路预算与射频敏捷度。因此，虽然在数额上没有差异，但在比较各种无线解决方案时，便容易了解为何要利用各种方法来提高系统休眠时间与节省代价昂贵的电力。

优化可靠度与省电效率

嵌入式无线解决方案的另一个新名词就是省电效率，运用系统被动与主动技术的改良方式，藉以降低耗电量，效率越高代表越省电。高可靠度系统，在大多数时间都会切换到休眠模式这种耗电量最低的状态，如此通常会比其他系统更省电。其他系统也会尽可能减少切换到传送与接收模式的时间，但可靠度较低，因为这些系统切换至休眠模式时间会较少。因此可靠度是能衡量系统真正省电效率的指针。

除此之外还有其他技巧能用来提高用电效率，并把系统可靠度的影响减到最低。其中包括各种系统行为，像是运作链路与功耗管理，用来控制动态数据率以及输出功率层级。有一种解决方案能持续降低输出功率，确保仅进行最低程度的必要通讯，藉由降低不必要的输出功率，来维护可靠度与省电性。另外，有种解决方案能根据环境状况来调整其数据传输率，并减少无线传输的时间，亦能降低系统耗电量并提高其用电效率。此类省电技术不一定是无线电领域的新作法，但以往并没有人用它们来真正降低系统耗电量。

结论

此类省电技术不一定是无线电领域的新作法，但以往并没有人用它们来真正降低系统耗电量。可靠度是一项重要的省电指针，经过优化后能够增加休眠时间比率，并减少无线传输时间。可靠度亦代表在在线数据中常用来比较组件的方法，并无法反映出各种系统层级功能的性能，像是省电与可靠度。量测系统中使用组件的额定耗电量，使用传统方式来比较各种无线解决方案，并无法完全反映出某个解决方案在降低系统耗电量的能力。

一个高可靠度系统在绝大多数的时间都切换在最低功耗状态，也就是休眠模式，不仅代表更加省电，比其他系统保留更多系统电力，其他系统不但传输与接收功率较低，而且可靠度也比较低。这是因为这些系统切换至休眠的时间较少，且花在更新进行无线传输的时间更多所致。