RF4CE是新一代家電遙控解標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議，其中RF即射頻（Radio Frequency），4是指 "for"(four同音)，CE即消費(fèi)電子（Consumer Electronics）。

RF4CE簡(jiǎn)介

為了在家用電器市場(chǎng)普及射頻操控技術(shù)，并避免新技術(shù)的引入成為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的障礙，2008年，消費(fèi)電子大廠索尼(Sony)、飛利浦 (Philips)、松下(Panasonic)、三星(Samsung)與主要低功耗RFIC廠商飛思卡爾(Freescale)、德州儀器(TI)， 以及OKI共同成立RF4CE(Radio Frequency for Consumer Electronics)聯(lián)盟(RF4CE Consortium)。2009年3月，RF4CE聯(lián)盟同意與ZigBee聯(lián)盟(ZigBee Alliance)合作共同開發(fā)基于ZigBee / IEEE 802.15.4，并用于家電遙控的射頻新標(biāo)準(zhǔn)。從此，射頻遙控終于有望徹底取代傳統(tǒng)紅外技術(shù)。 RF4CE不但能提高操作的可靠性；提高信號(hào)的傳輸距離和抗干擾性；使信號(hào)傳遞不受障礙物影響；還能實(shí)現(xiàn)雙向通信和解決不同電器的互操作問題，遙控器電池 壽命也可顯著延長(zhǎng)。消費(fèi)者將不再需要用遙控器的發(fā)射端準(zhǔn)確指向電器的接收端，也不再需要數(shù)個(gè)遙控器來(lái)操作家中不同的電子設(shè)備。RF4CE克服了與大屏幕電 視等眾多電器一起使用時(shí)的限制，降低了功耗，推動(dòng)了雙向通信，用于更加豐富的用戶界面，并擴(kuò)大了有效距離。

在RF4CE標(biāo)準(zhǔn)中，兩個(gè)或更多設(shè)備利用星型拓?fù)浣M成一個(gè)RC 個(gè)域網(wǎng)（PAN），多個(gè)RC PANs可以形成一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)，在RC網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，PAN內(nèi)的設(shè)備和不同的PANs之間都可以互相通信。

目標(biāo)節(jié)點(diǎn)：即受控設(shè)備，例如，TV、DVD等；該類設(shè)備在扮演PAN Coordinator的角色，負(fù)責(zé)創(chuàng)建啟動(dòng)一個(gè)PAN網(wǎng)絡(luò)；因此每個(gè)RC PAN中都只有一個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。 控制節(jié)點(diǎn)：即控制設(shè)備，例如，TV遙控器、DVD遙控器等；該類設(shè)備作為遙控單元加入目標(biāo)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建的RC PAN網(wǎng)絡(luò)。為了能夠?qū)δ繕?biāo)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行控制，還需要與目標(biāo)節(jié)點(diǎn)完成配對(duì)；一個(gè)RC PAN網(wǎng)絡(luò)中可以有多個(gè)控制節(jié)點(diǎn)。

一個(gè)RC網(wǎng)絡(luò)示例如下圖所示，網(wǎng)絡(luò)中包含三個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)：TV、DVD、Set-Top Box(STB)，它們分別創(chuàng)建了各自的RC PAN網(wǎng)絡(luò)；四個(gè)控制節(jié)點(diǎn)：TV RC、DVD RC、STB RC和Multi-function RC，這些遙控器分別與對(duì)應(yīng)設(shè)備配對(duì)，而Multi-function RC由于與三個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)都完成配對(duì)，因此其能夠控制TV、DVD、STB三個(gè)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。此外，RC網(wǎng)絡(luò)中還有一個(gè)可選的網(wǎng)關(guān)提供擴(kuò)展以太網(wǎng)端控制的功能。

RF4CE是一種以IEEE 802.15.4的媒體訪問控制層(MAC Layer)、物理層(PHY Layer)和對(duì)應(yīng)的射頻收發(fā)器為基礎(chǔ)所推出的網(wǎng)絡(luò)層(Networking Layer)和應(yīng)用協(xié)議層(Application Layer)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(如下圖)。這是一個(gè)與ZigBee非常類似的標(biāo)準(zhǔn)，兩種技術(shù)皆利用IEEE 802.15.4作為其無(wú)線電平臺(tái)，因此未來(lái)有意遵循RF4CE規(guī)范的設(shè)備制造商，可直接采用目前市場(chǎng)上的ZigBee芯片方案進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，只須把韌體 由ZigBee協(xié)議更換成RF4CE協(xié)議即可。

RF4CE Function Block

利用 RF 遙控器獲得更長(zhǎng)的電池使用壽命

在一個(gè)遙控器系統(tǒng)中，遙控器通常為電池驅(qū)動(dòng)和受控設(shè)備電源供電。這就使得兩種設(shè)備具有不同的功耗要求。

遙控器

遙控器一般由電池供電，這些電池可輕松提供一個(gè) IEEE 802.15.4 射頻所需的適當(dāng)峰值電流（大約為 30mA），更為重要的是平均功耗。2xAA 電池至少 1 年 的電池使用壽命應(yīng)為電視遙控器的一般要求。但是，低功耗實(shí)施的 RF 遙控器可以很輕松地達(dá)到數(shù)年的電池使用壽命。IEEE 802.15.4 射頻標(biāo)準(zhǔn)具有三種主要 的功耗形式：接收模式功耗、發(fā)送模式功耗和睡眠模式功耗。

這些功耗模式對(duì)平均功耗的影響取決于其量級(jí)和各模式占用時(shí)間的乘積。實(shí)際上，設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)包所花費(fèi)的時(shí)間與 TX 模式下消耗的電流同樣重要。遙控 器被看作是低占空比設(shè)備，這就是說它們大部分時(shí)候都處于睡眠模式，只是偶爾被喚醒使用射頻，例如：發(fā)送一條命令。

然而，RF4CE 等雙向 RF 遙控器協(xié)議實(shí)現(xiàn)了一些高級(jí)功能，例如：在遙控器上顯示設(shè)備狀態(tài)的功能和分頁(yè) (paging) 功能（如：用戶按下電視上的一個(gè)按鈕后 遙控器便會(huì)發(fā)出嘟嘟的響聲，從而更容易進(jìn)行定位）。這些功能要求遙控器在固定間隔時(shí)間內(nèi)自動(dòng)喚醒，以收集受控設(shè)備數(shù)據(jù)。

圖 1 所示的計(jì)算舉例顯示，分頁(yè)調(diào)度等功能為遙控器功耗的主要功耗。這種簡(jiǎn)化計(jì)算基于 CC2430 IEEE 802.15.4 SoC 數(shù)值，其擁有一顆 CPU 和一塊閃存， 可以用于實(shí)施單芯片遙控器。該示例假設(shè)為一個(gè)簡(jiǎn)單的每天按動(dòng)按鈕 50 次的通用 RF 遙控器。它還實(shí)施了分頁(yè)調(diào)度功能，而這種功能要求遙控器每隔五秒鐘 醒來(lái)一次，以檢查其是否正被受控設(shè)備輪詢。當(dāng)沒有被命令或輪詢激活時(shí)，該設(shè)備便進(jìn)入 PM2 睡眠模式，并等待按鈕按下或者睡眠計(jì)時(shí)器輪詢超時(shí)來(lái)喚 醒。

圖 1 遙控器功耗計(jì)算示例

當(dāng)未實(shí)施分頁(yè)調(diào)度功能時(shí)，能量被睡眠期間的電流消耗。這種情況下，射頻設(shè)備擁有低于 1μA 的平均功耗。實(shí)際上，兩節(jié)堿性 AA 電池的自放電大約就為  1μA。對(duì)比的另一個(gè)方面是傳統(tǒng) IR 遙控器的功耗。當(dāng)一個(gè)按鈕被按下時(shí)，調(diào)制 IR LED 需要大約 50mA 的電流，按下按鈕持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間這一電流消耗的時(shí)間就 有多長(zhǎng)，并且這一時(shí)間很可能會(huì)持續(xù)數(shù)百毫秒。IR 在按鈕按下期間所消耗的功耗大約為 1000mAmS，而一個(gè) RF 遙控器的功耗甚至還不到其 1/10。

受控設(shè)備

當(dāng)一個(gè)受控 A/V 設(shè)備開啟時(shí)，RF 設(shè)備所用功耗一般并不大。這就是說它可以一直保持開啟狀態(tài)，從而最小化接收命令的時(shí)延。但是，當(dāng)受控設(shè)備處于待 機(jī)模式下時(shí)，RF 設(shè)備的功耗就會(huì)變大。

要獲得“能源之星”認(rèn)證，電視在待機(jī)模式下的功耗就必須要（平均）低于 1W。將來(lái)的一些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定會(huì)有更為嚴(yán)格的要求，這樣一來(lái) RF 收發(fā)器的功耗預(yù) 算就被縮減至數(shù) mA 水平。降低 RF 收發(fā)器的功耗意味著其不能處于一種連續(xù)接收狀態(tài)下。因此，遙控器發(fā)出的開啟命令的時(shí)延將會(huì)比受控設(shè)備開啟時(shí)發(fā)送 的命令要長(zhǎng)。

實(shí)際上，在圖 2 舉例的功耗和時(shí)延之間存在一種近線性折中方案，其顯示了每 50 ms 輪詢待機(jī)模式下一個(gè) A/V 設(shè)備的計(jì)算示例。正確看待這種時(shí)延，典型  IR 實(shí)施的最小時(shí)延為 110ms。

圖 2 受控設(shè)備待機(jī)功耗計(jì)算示例

共存性

圖 3 描述了典型的家庭配置，其由眾多其他 2.4GHz RF 設(shè)備包圍的 A/V 設(shè)備組成。這些設(shè)備通常包括 WiFi、無(wú)繩電話、微波爐、藍(lán)牙設(shè)備、ZigBee 網(wǎng)絡(luò)等。 許多設(shè)備工作在相同頻帶中時(shí)，互相之間可能會(huì)存在干擾。RF 干擾會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)包丟失、功耗增加和通信時(shí)延。有幾種方法可以減輕 RF 遙控器網(wǎng)絡(luò)中的這些 影響。

圖 3 典型的家庭無(wú)線環(huán)境

站在軟件遙控協(xié)議的立場(chǎng)上來(lái)說，減輕干擾影響的最有效方法是頻率捷變。它是一種算法，通過改變通道來(lái)響應(yīng)破損的 RF 鏈接，直至找到一條干擾極少 的通道為止。IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)在 2.4GHz 頻帶中定義了 16 條通道，將它們編號(hào)為 11-26。通常來(lái)說，切換到一條干擾極少的通道是有可能的；但是，干擾可能 會(huì)總是存在于鄰近的一些通道中。IEEE 802.11 射頻 (WiFi) 使用了比 IEEE 802.15.4 更寬的通道便是一個(gè)例子。當(dāng)數(shù)個(gè) WiFi 網(wǎng)絡(luò)同時(shí)存在的時(shí)候，圖 4 表明，如 果您的遙控器已經(jīng)移至 WiFi 通道干擾極少的通道 20，那么有源 WiFi 網(wǎng)絡(luò)使用通道 6 時(shí)鄰近通道就會(huì)存在干擾。

圖 4 IEEE 802.11 和 IEEE 802.15.4 通道方案 [1]

RF 接收機(jī)受到工作在相同通道的一些設(shè)備以及鄰近頻率發(fā)射的信號(hào)干擾。選擇性是了解該接收機(jī)對(duì)無(wú)數(shù)據(jù)包誤差鄰近通道發(fā)射的強(qiáng)干擾容忍程度的一 種測(cè)量方法。選擇性或干擾電阻是指 IEEE 802.15.4 中鄰近和間隔通道抑制，用 dB 表示。接收機(jī)良好的選擇性是接收機(jī)的一個(gè)硬件參數(shù)，標(biāo)注在器件的產(chǎn)品 說明書中。通過高性能模擬和數(shù)字濾波器的組合，可以在一些器件（如 CC2520）中獲得較高的選擇性。

圖 5 顯示的是兩個(gè)鄰近通道的干擾，其強(qiáng)度足以導(dǎo)致接收機(jī)出現(xiàn)數(shù)據(jù)包誤差。

圖 5 選擇性被表示為鄰近和間隔通道抑制

IEEE 802.15.4 將接收機(jī)選擇性的最低要求設(shè)定為鄰近通道抑制 0dB 以及間隔通道抑制 30dB。為了在強(qiáng)干擾環(huán)境中建立一個(gè)穩(wěn)健的系統(tǒng)，就不能僅僅滿足 于這些最低要求。TI 的 CC2520 IEEE 802.15.4 收發(fā)器擁有 49 Db 的鄰近通道抑制和 54dB 的間隔通道抑制，也就是說，即使安放在非?？拷诟蓴_源的地方， 它也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)包和出現(xiàn)時(shí)延。

有效距離

IR 遙控器要求接收機(jī)在視線以內(nèi)才能起作用，這就使其很難在鄰近房間或同一房間內(nèi)的各個(gè)地方完成操作。RF 遙控器并不存在上述要求，即要求接收機(jī) 在視線以內(nèi)。設(shè)想一下，您現(xiàn)在想如何使用 RF 遙控器呢！例如，您也許想將您的 DVD 播放器遮避在厚實(shí)的柜門后面，把機(jī)頂盒放在房子的中心向幾臺(tái)電視 機(jī)同時(shí)提供視頻流，或許您還想在廚房接聽電話的時(shí)候?qū)⒖蛷d里播放的音樂關(guān)閉等等。

許多因素均會(huì)影響 RF 設(shè)計(jì)的有效距離，例如：PCB 設(shè)計(jì)、天線和外殼等。RF 收發(fā)器的可能有效距離由靈敏度和輸出功率決定。靈敏度由一定數(shù)據(jù)包誤差 率 (PER) 下接收機(jī)能夠接收到弱信號(hào)的強(qiáng)度測(cè)量得出（單位為 dBm）。輸出功率由發(fā)射器能夠發(fā)射的信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量得出（單位為 dBm）。

信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量

就系統(tǒng)中理想工作的遙控器來(lái)說，其必須知道要與之通信的設(shè)備所處的位置。搜索設(shè)備位置的過程被稱為綁定。這一過程使單個(gè)遙控器可以被用于控制 系統(tǒng)中一個(gè)或多個(gè)設(shè)備。例如，一支萬(wàn)能遙控器可以控制您的 TV、DVD 和機(jī)頂盒，即使這些設(shè)備并非同時(shí)從同一家廠商那里購(gòu)買的。使用 IR 遙控器時(shí)，可以 通過手動(dòng)輸入代碼來(lái)完成這一過程，這通常是一個(gè)令人畏縮的過程，而且如果設(shè)備不支持或者代碼輸入錯(cuò)誤則會(huì)以失敗告終。就 RF 遙控器而言，有諸多方 法可以完成設(shè)備配對(duì)，其中，最常用的便是就近設(shè)備配對(duì)。

當(dāng)遙控器物理接近其要控制的設(shè)備時(shí)，用戶按下某個(gè)按鈕后就近配對(duì)便會(huì)起作用。遙控器發(fā)送一個(gè)廣播數(shù)據(jù)包，附近的所有設(shè)備便產(chǎn)生回應(yīng)，以此來(lái)建 立綁定。該遙控器利用回應(yīng)廣播的發(fā)射設(shè)備的 RF 信號(hào)強(qiáng)度，來(lái)探測(cè)其物理接近的設(shè)備?；?RF 信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸后的衰減程度，由接收機(jī)上的信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算 出發(fā)射器和接收機(jī)之間的距離。在 RF 接收機(jī)中，這種信號(hào)強(qiáng)度表示為 RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度指示）。要獲得直觀、用戶易于掌握的就近配對(duì)，接收機(jī)的 RSSI 測(cè) 量就必須精確。

圖 6 CC2520 典型的 RSSI 值與輸入功率

如圖 6 所示，CC2520 擁有良好的就近配對(duì)性能所必需的一些功能。RSSI 和功率均為線性，且具有較好的動(dòng)態(tài)范圍（大約 100dBm），這就使其成為確定發(fā) 送器距離的理想選擇。

結(jié)論

RF4CE 聯(lián)盟等 RF 消費(fèi)類電子遙控器全球標(biāo)準(zhǔn)將改變我們對(duì)家庭娛樂體驗(yàn)的前景。轉(zhuǎn)到 RF 遙控器技術(shù)的時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。遙控器和 A/V 設(shè)備之間可靠的 雙向 RF 鏈路不但極大地改善了用戶體驗(yàn)，而且還擁有了一些以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的特性和功能。RF 為基于遙控器的系統(tǒng)帶來(lái)許多重要的好處，但是在為您的  RF4CE 遙控實(shí)施選擇硬件時(shí)仍然要注意 RF 性能參數(shù)。正如我們討論的那樣，選擇低平均功耗器件來(lái)獲得長(zhǎng)電池使用壽命，利用良好的選擇性來(lái)建立穩(wěn)健的 鏈路，以及運(yùn)用精確的 RSSI 測(cè)量方法來(lái)達(dá)到直觀的就近配對(duì)，這些都是構(gòu)建一款優(yōu)秀遙控器產(chǎn)品的關(guān)鍵。