ZigBee抗干擾的工作原理

ZigBee是一項新興的短距離無線通信技術(shù)（IEEE 802.15.4 標準），主要面向的應用領(lǐng)域是低速率無線個人區(qū)域網(wǎng)，主要特征是近距離、低功耗、低成本、低傳輸速率。其工作方式是：在數(shù)千個微小的傳感器之間以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個傳感器傳到另一個傳感器，最后這些數(shù)據(jù)可進入計算機分析或者被另一種無線技術(shù)（如：WiMax）收集。工作頻段分為：2.4G——全球通用、868M——歐洲、915M——美國。由于和藍牙、Wi-Fi等其它短距離無線通信技術(shù)一樣選擇2.4GHZ（2.4～2.483GHz）ISM 頻段，因此，其抗干擾性能尤為引人關(guān)注。摩爾實驗室（MORLAB）經(jīng)過近段時間對ZigBee技術(shù)的研究及相關(guān)測試實踐總結(jié)出如下幾點，這也是ZigBee產(chǎn)品抗干擾能力強的主要原因。

ZigBee抗干擾特性主要是抗同頻干擾，即來自共用相同頻段的其他技術(shù)的干擾。主要特性如下：

1、 空閑信道評估（Clear Channel Assessment，CCA）：

判斷信道是否空閑。IEEE 802.15.4 物理層在碰撞避免機制中提供CCA的能力，即如果

信道被其他設備占用，則允許傳輸退出而不必考慮采用該信道的通信協(xié)議。

現(xiàn)主要有3種空閑信道評估模式：（1）判斷信道的信號能量，若信號能量低于某一個門限量，則認為信道空閑；（2）判斷無線信道的特征，這個特征主要包括兩方面，即擴頻信號和載波頻率；（3）綜合前兩種模式，同時檢測信號強度和信號特征，給出信道空閑判斷。

2、 動態(tài)信道選擇：

ZigBee 個人區(qū)域網(wǎng)（PAN）中的協(xié)調(diào)器（網(wǎng)絡的中心節(jié)點，負責網(wǎng)絡的組織和維護）。首先要掃描所有的信道，然后確認并加入一個合適的PAN（不需要創(chuàng)建一個新的PAN），減少同頻段PAN的數(shù)量，降低潛在的干擾。如果干擾源出現(xiàn)在重疊的信道上，協(xié)調(diào)器上層的軟件要應用信道算法選擇一個新的信道。

3、 信道算法：

在網(wǎng)絡初始化或者響應中斷時，ZigBee 設備都會先掃描一系列被列入信道表參數(shù)中的信道，以便進行動態(tài)信道選擇，按照上述空閑信道來設置信道表參數(shù)，以便加強網(wǎng)絡的共存性能。

在嚴重干擾期間，ZigBee不改變信道，而是依靠其低占空比、免沖突算法（每個設備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前偵聽信道）來減小由于傳輸沖突所造成的數(shù)據(jù)丟失。

4、 直序擴頻技術(shù)（DSSS） 和頻率快變FA：

直接序列擴頻技術(shù)具有一定的抗干擾效果（如下圖所示），在其他條件相同情況下傳輸距離要大于跳頻技術(shù)（發(fā)射功率為0dBm的情況下，Bluetooth有10m作用范圍，而ZigBee在室內(nèi)能達到30——50m作用范圍）。所謂頻率快變是改變頻率、以避開一個已知干擾源或信號源的影響。

由上圖可見，ZigBee的誤碼率在信噪比為4dB的情況下可達10 -9 ，要達到同樣誤碼率，Wi-Fi要達 10dB，藍牙高達16dB， ZIGBEE的抗干擾性能明顯高于Wi-Fi和藍牙技術(shù)。

5、 應答重傳和幀緩存：

ZigBee的MAC層和應用層（APS部分）具有自動請求重傳ARQ和幀緩存功能。當傳送數(shù)據(jù)幀給設備時，如果接收設備處于忙或者休眠狀態(tài)而不能接收該幀，那么網(wǎng)絡的主協(xié)調(diào)設備就暫時緩存該幀，直到接收端接收該幀。

雖然調(diào)制方式很簡單，但ZigBee在2.4GHz ISM頻段表現(xiàn)出了很好的抗干擾性能，非常適合于低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽脠龊稀Ｄ壳癦iBee產(chǎn)品在CE認證中主要采用的測試標準為EN300328、而在FCC中則主要采用Part 15C的測試要。摩爾實驗室（MORLAB）在ZigBee產(chǎn)品測試過程中積累了一定的經(jīng)驗，可完成ZigBee產(chǎn)品的各國認證也可幫助我們的客戶完善其的ZigBee產(chǎn)品，使其在設計中就考慮到各國指標的相關(guān)限制要求。