2.4GHz无线技术标准及ZigBee抗干扰性能

时间:2022-05-01 00:13

本文摘要:1章节 为了构建工业、家庭和楼宇的自动化掌控,将人类从有线的环境中解放出来,以代替线缆为目标,用作无线个人区域网(WPAN,WirelessPersonalAreaNetwork)范围的短距离无线通信技术标准获得了很快的发展,典型技术标准有蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、无线USB(WirelessUSB)、无线局域网Wi-Fi(IEEE802.11b/g)等。在人们享用方便快捷的时候,这些技术的电磁兼容问题日益凸现。

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1章节  为了构建工业、家庭和楼宇的自动化掌控,将人类从有线的环境中解放出来,以代替线缆为目标,用作无线个人区域网(WPAN,WirelessPersonalAreaNetwork)范围的短距离无线通信技术标准获得了很快的发展,典型技术标准有蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、无线USB(WirelessUSB)、无线局域网Wi-Fi(IEEE802.11b/g)等。在人们享用方便快捷的时候,这些技术的电磁兼容问题日益凸现。由于这些技术皆中选  酌了2.4GHz(2.4~2.483GHz)ISM频段,再行再加无绳电话和微波炉等干扰源,就使得该频段日益挤迫,各种信号比特率。  2.4GHz频段日益受到重视,原因主要有三:首先它是一个全球性的频段,研发的产品具备全球通用性;其次,它整体的频宽败于其他ISM频段,这就提升了整体数据传输速率,容许系统并存;第三就是尺寸,2.4GHz无线电和天线的体积非常小,产品体积也更加小。

虽然每一种技术标准都展开了适当的设计来增大阻碍的影响,但是为了能让各种设备长时间运营,对他们之间的阻碍、并存分析似乎是十分最重要的。  22.4GHz频段的无线技术标准概述  2.1ZigBee/IEEE802.15.4  ZigBee技术是一项新兴的短距离无线通信技术,主要面向的应用领域是较低速率无线个人区域网(LRWPAN,LowRateWirelessPersonalAreaNetwork),典型特征是近距离、低功耗、低成本、较低传输速率,主要限于于自动控制以及远程控制领域,目的是为了符合小型廉价设备的无线联网和掌控,典型的如无线传感器网络,其详尽特性闻表格1。  2.4GHz频段是全球通用频段,868MHz和915MHz则是用作美国和欧洲的ISM频段,这两个频段的引进防止了2.4GHz附近各种无线通信设备的互相阻碍。

  2.2Wi-Fi/IEEE802.11b  Wi-Fi即无线局域网,工作在2.4GHz频段,用作学校、商业等办公区域的无线连接技术,传输速率平均11Mbit/s,工作距离100m,使用必要序列扩频(DSSS)的方式。使用Wi-Fi的主要推展因素是数据吞吐量,Wi-Fi一般用来将计算机与本地局域网连接或必要与互联网连接。  2.3蓝牙(Bluetooth)/IEEE802.15.1  一项由蓝牙尤其利益小组(SIG)制订的用作无线个人区域网(WPAN)的标准,使用跳跃频扩频(FHSS)方式,反对语音、数据传输。

蓝牙可对多达8个连接成皮网(Piconet)的设备以及多个连接成衍射网的皮网获取反对。蓝牙有79个信道,信道间隔皆为1MHz。通信距离为10~100m。  2.4无线USB(WirelessUSB)  WirelessUSB技术在3m距离的仅次于传输速率约480Mbit/s,而性能与现有的USB2.0完全相同。

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WirelessUSB规定10m的速率为110Mbit/s,用于全球通用的2.4GHzISM频段,通信距离高达10m,可相连8个设备。WirelessUSB并非联网解决方案,因此没涉及成本或功率支出,反对USB的即插即用,需要驱动程序和标准/证书过程。几种2.4GHz频段技术标准的较为如表格2右图。  3ZigBee技术抗干扰特性分析  ZigBee技术的抗干扰特性主要是指抗同频阻碍,即来自共用完全相同频段的其他技术的阻碍。

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对于同频阻碍的抵挡能力是极为重要的,因为它直接影响到设备的性能。ZigBee在2.4GHz频段内不具备强劲抗干扰能力就意味著需要可信地与Wi-Fi、蓝牙、WirelessUSB以及家用的无绳电话和微波炉并存。  IEEE802.15.4标准中获取了很多机制来确保ZigBee在2.4GHz频段和其他无线技术标准的并存能力。

  3.1空闲信道评估(CCA,ClearChannelAssessment)  IEEE802.15.4物理层在撞击防止机制(CSMACA)中获取CCA的能力,即如果信道被其他设备闲置,容许传输解散而不用考虑到使用的通信协议。  3.2动态信道自由选择  ZigBee个人区域网(PAN)中的协商器首先要扫瞄所有的信道,然后再确认并重新加入一个适合的PAN,而不是自己去创立一个新的PAN,这样就增加了同频段PAN的数量,减少了潜在的阻碍。

如果干扰源经常出现在重合的信道上,协商器上层的软件要应用于信道算法自由选择一个新的信道。  3.3信道算法  我们可以对比IEEE802.11b和IEEE802.15.4信道算法,有4个IEEE802.15.4信道(n=15,16,21,22)落在3个IEEE802.11b信道的频带间距上,这些间距上的能量不为零,但是不会比信道内的能量较低,将这些信道作为IEEE802.15.4网络的工作信道可以将系统间阻碍降到大于。

  在网络初始化或者号召中断时,ZigBee设备都会再行扫瞄一系列被列为信道表格参数中的信道,以便展开动态信道自由选择。在有IEEE802.11b网络活跃工作的环境中创建一个IEEE802.15.4网络,可以按照上述空闲信道来设置信道表格参数,以便强化网络的并存性能。


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