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ZigBee为什么能抗干扰?

2013-05-04 10:33
人在旅途20
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  ZigBee是一项新兴的短距离无线通信技术(IEEE 802.15.4 标准),主要面向的应用领域是低速率无线个人区域网,主要特征是近距离、低功耗、低成本、低传输速率。其工作方式是:在数千个微小的传感器之间以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,最后这些数据可进入计算机分析或者被另一种无线技术(如:WiMax)收集。工作频段分为:2.4G——全球通用、868M——欧洲、915M——美国。由于和蓝牙、Wi-Fi等其它短距离无线通信技术一样选择2.4GHZ(2.4~2.483GHz)ISM 频段,因此,其抗干扰性能尤为引人关注。摩尔实验室(MORLAB)经过近段时间对ZigBee技术的研究及相关测试实践总结出如下几点,这也是ZigBee产品抗干扰能力强的主要原因。

  ZigBee抗干扰特性主要是抗同频干扰,即来自共用相同频段的其他技术的干扰。主要特性如下:

  1、 空闲信道评估(Clear Channel Assessment,CCA):

  判断信道是否空闲。IEEE 802.15.4 物理层在碰撞避免机制中提供CCA的能力,即如果

  信道被其他设备占用,则允许传输退出而不必考虑采用该信道的通信协议。

  现主要有3种空闲信道评估模式:(1)判断信道的信号能量,若信号能量低于某一个门限量,则认为信道空闲;(2)判断无线信道的特征,这个特征主要包括两方面,即扩频信号和载波频率;(3)综合前两种模式,同时检测信号强度和信号特征,给出信道空闲判断。

  2、 动态信道选择:

  ZigBee 个人区域网(PAN)中的协调器(网络的中心节点,负责网络的组织和维护)。首先要扫描所有的信道,然后确认并加入一个合适的PAN(不需要创建一个新的PAN),减少同频段PAN的数量,降低潜在的干扰。如果干扰源出现在重叠的信道上,协调器上层的软件要应用信道算法选择一个新的信道。

  3、 信道算法:

  在网络初始化或者响应中断时,ZigBee 设备都会先扫描一系列被列入信道表参数中的信道,以便进行动态信道选择,按照上述空闲信道来设置信道表参数,以便加强网络的共存性能。

  在严重干扰期间,ZigBee不改变信道,而是依靠其低占空比、免冲突算法(每个设备在发送数据之前侦听信道)来减小由于传输冲突所造成的数据丢失。

  4、 直序扩频技术(DSSS) 和频率快变FA:

  直接序列扩频技术具有一定的抗干扰效果(如下图所示),在其他条件相同情况下传输距离要大于跳频技术(发射功率为0dBm的情况下,Bluetooth有10m作用范围,而ZigBee在室内能达到30——50m作用范围)。所谓频率快变是改变频率、以避开一个已知干扰源或信号源的影响。

  直序扩频技术(DSSS) 和频率快变FA

  由上图可见,ZigBee的误码率在信噪比为4dB的情况下可达10 -9 ,要达到同样误码率,Wi-Fi要达 10dB,蓝牙高达16dB, ZIGBEE的抗干扰性能明显高于Wi-Fi和蓝牙技术。

  5、 应答重传和帧缓存:

  ZigBee的MAC层和应用层(APS部分)具有自动请求重传ARQ和帧缓存功能。当传送数据帧给设备时,如果接收设备处于忙或者休眠状态而不能接收该帧,那么网络的主协调设备就暂时缓存该帧,直到接收端接收该帧。

  虽然调制方式很简单,但ZigBee在2.4GHz ISM频段表现出了很好的抗干扰性能,非常适合于低功耗、低数据传输的应用场合。目前ZiBee产品在CE认证中主要采用的测试标准为EN300328、而在FCC中则主要采用Part 15C的测试。

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