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2.4GHz频段日益拥挤,各种信号带宽的原因及对策

更新时间: 编辑:乱空手游网小编 浏览:257

1 简介

为了实现工业、家庭和楼宇的自动化控制,将人类从有线环境中解放出来,以替代电缆为目标,无线个域网(WPAN,Area)的一种短距离无线通信技术标准获得范围。随着快速发展,典型的技术标准包括蓝牙()、无线USB()、无线局域网Wi-Fi(IEEE 802.11b/g)等。当人们享受便捷和快捷的同时,这些技术的电磁兼容问题也越来越突出。既然选择了这种技术

2.4GHz(2.4~2.)ISM频段的选择,加上无绳电话、微波炉等干扰源,使得这个频段越来越拥挤,和各种信号带宽。

2.4GHz频段越来越受到关注主要有三个原因:一是全球频段,开发的产品具有通用性;其次,其整体带宽优于其他ISM频段,提高了整体数据传输速度,允许系统共存;三是规格,2.4GHz无线电和天线的体积相当小,产品体积也更小。虽然每个技术标准都有必要的设计来降低干扰的影响,但是为了让各种设备能够正常运行,分析它们之间的干扰和共存其实是非常重要的。

2 2.4GHz 频段无线技术标准简介

2.1 /IEEE 802.15.4

技术是一种新兴的短距离无线通信技术。 ,主要适用于手动控制和遥控领域,目的是满足无线传感器网络等大型廉价设备的无线组网和控制,其详细特性见表1。

2.4GHz频段是全球频段,德国和意大利使用ISM频段。这两个频段的引入防止了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。

2.2 Wi-Fi/IEEE 802.11b

Wi-Fi 是一种无线局域网,工作在 2.4GHz 频段。用于中学、企业等办公区域的无线连接技术。传输速度可达/s,工作距离100m。它采用直接序列扩频(DSSS)形式。采用 Wi-Fi 的主要驱动力是数据吞吐量,而 Wi-Fi 通常用于将计算机连接到局域网或直接连接到 。

2.3 蓝牙()/IEEE 802.15.1

蓝牙特别兴趣小组 (SIG) 为无线个域网 (WPAN) 开发的标准,使用跳频扩频 (FHSS) 来支持语音和数据传输。蓝牙支持最多 8 个连接到一个微微网 () 的设备和多个连接到一个分散网的微微网。蓝牙有79个通道,通道间隔为1MHz。通讯距离10~100m。

2.4 无线USB()

该技术在3m距离最大传输速度为/s,性能与现有USB2.0相同。 10m的速度指定为/s,使用全球2.4GHz ISM频段,通信距离可达10m,可连接8台设备。不是网络解决方案,因此没有相关的成本或电力开销,支持 USB 的即插即用,无需驱动程序,也无需标准/认证流程。表2显示了几种2.4GHz频段技术标准的比较。

3 技术抗干扰特性分析

该技术的抗干扰特性主要是指抗同频干扰,即同频段其他技术的干扰。抗同频干扰的能力非常重要,因为它直接影响设备的性能。 2.4GHz 频段的强大抗干扰能力意味着可与 Wi-Fi、蓝牙以及家用无绳电话和微波炉可靠共存。

IEEE 802.15.4 标准提供了多种机制来确保与 2.4GHz 频段中的其他无线技术标准共存。

3.1 畅通通道评估(CCA,畅通)

IEEE 802.15.4 物理层提供了CCA在防碰撞机制()中的能力,即如果信道被其他设备占用,则允许传输无论使用何种通信合约,都退出。

3.2 动态频道选择

个域网(PAN)中的协调器首先扫描所有信道,然后确认并加入一个合适的PAN,而不是自己创建一个新的PAN,从而减少了同一频段内的PAN数量,潜在的干扰是减少。如果干扰出现在重叠频道上,协调器下方的软件会应用频道算法来选择新频道。

3.三通道算法

我们可以比较一下IEEE 802.11b和IEEE 802.15.4通道算法,IEEE 802.15.4通道有4个(n=15, 16, 21, 22) 落在 3 个 IEEE 802.11b 通道的频率带宽上,这些宽度上的能量不为零,但会低于信道,将该信道作为.15.4网络的工作信道,可以将系统间干扰降到最低。

当网络初始化或响应中断时,设备会首先扫描通道表参数中包含的一系列通道,进行动态通道选择。在有活动的.11b网络的环境中构建IEEE 802.15.4网络时,可以根据上述空闲通道设置通道表参数,以增强网络的共存性能。

1 简介

为了实现工业、家庭和楼宇的自动化控制,将人类从有线环境中解放出来,以替代电缆为目标,无线个域网(WPAN,Area)的一种短距离无线通信技术标准获得范围。随着快速发展,典型的技术标准包括蓝牙()、无线USB()、无线局域网Wi-Fi(IEEE 802.11b/g)等。当人们享受便捷和快捷的同时,这些技术的电磁兼容问题也越来越突出。既然选择了这种技术

2.4GHz(2.4~2.)ISM频段的选择,加上无绳电话、微波炉等干扰源,使得这个频段越来越拥挤,和各种信号带宽。

2.4GHz频段越来越受到关注主要有三个原因:一是全球频段,开发的产品具有通用性;其次,其整体带宽优于其他ISM频段,提高了整体数据传输速度,允许系统共存;三是规格,2.4GHz无线电和天线的体积相当小,产品体积也更小。虽然每个技术标准都有必要的设计来降低干扰的影响,但是为了让各种设备能够正常运行,分析它们之间的干扰和共存其实是非常重要的。

2 2.4GHz 频段无线技术标准简介

2.1 /IEEE 802.15.4

技术是一种新兴的短距离无线通信技术。 ,主要适用于手动控制和遥控领域,目的是满足无线传感器网络等大型廉价设备的无线组网和控制,其详细特性见表1。

2.4GHz频段是全球频段,德国和意大利使用ISM频段。这两个频段的引入防止了2.4GHz附近各种无线通信设备的相互干扰。

2.2 Wi-Fi/IEEE 802.11b

Wi-Fi 是一种无线局域网,工作在 2.4GHz 频段。用于中学、企业等办公区域的无线连接技术。传输速度可达/s,工作距离100m。它采用直接序列扩频(DSSS)形式。采用 Wi-Fi 的主要驱动力是数据吞吐量,而 Wi-Fi 通常用于将计算机连接到局域网或直接连接到 。

2.3 蓝牙()/IEEE 802.15.1

蓝牙特别兴趣小组 (SIG) 为无线个域网 (WPAN) 开发的标准,使用跳频扩频 (FHSS) 来支持语音和数据传输。蓝牙支持最多 8 个连接到一个微微网 () 的设备和多个连接到一个分散网的微微网。蓝牙有79个通道,通道间隔为1MHz。通讯距离10~100m。

2.4 无线USB()

该技术在3m距离最大传输速度为/s,性能与现有USB2.0相同。 10m的速度指定为/s,使用全球2.4GHz ISM频段,通信距离可达10m,可连接8台设备。不是网络解决方案,因此没有相关的成本或电力开销,支持 USB 的即插即用,无需驱动程序,也无需标准/认证流程。表2显示了几种2.4GHz频段技术标准的比较。

3 技术抗干扰特性分析

该技术的抗干扰特性主要是指抗同频干扰,即同频段其他技术的干扰。抗同频干扰的能力非常重要,因为它直接影响设备的性能。 2.4GHz 频段的强大抗干扰能力意味着可与 Wi-Fi、蓝牙以及家用无绳电话和微波炉可靠共存。

IEEE 802.15.4 标准提供了多种机制来确保与 2.4GHz 频段中的其他无线技术标准共存。

3.1 畅通通道评估(CCA,畅通)

信道频率宽度_信道宽度_信道频率宽度 20m

IEEE 802.15.4 物理层提供了CCA在防碰撞机制()中的能力,即如果信道被其他设备占用,则允许传输无论使用何种通信合约,都退出。

3.2 动态频道选择

个域网(PAN)中的协调器首先扫描所有信道,然后确认并加入一个合适的PAN,而不是自己创建一个新的PAN,从而减少了同一频段内的PAN数量,潜在的干扰是减少。如果干扰出现在重叠频道上,协调器下方的软件会应用频道算法来选择新频道。

3.三通道算法

我们可以比较一下IEEE 802.11b和IEEE 802.15.4通道算法,IEEE 802.15.4通道有4个(n=15, 16, 21, 22) 落在 3 个 IEEE 802.11b 通道的频率带宽上,这些宽度上的能量不为零,但会低于信道,将该信道作为.15.4网络的工作信道,可以将系统间干扰降到最低。

当网络初始化或响应中断时,设备会首先扫描通道表参数中包含的一系列通道,进行动态通道选择。在有活动的.11b网络的环境中构建IEEE 802.15.4网络时,可以根据上述空闲通道设置通道表参数,以增强网络的共存性能。

4 频率共存分析

4.1 与 Wi-Fi 共存

面向自动化和无线局域网技术 Wi-Fi 将在办公室、家庭、建筑物和车间等多种场合共存。可以建立模型来模拟 IEEE 802.1<@ .4 和 IEEE 802.11b.

共存性能评估模拟主要基于以下假设:

(1)接收机接收到的估计干扰源功率Pr

d:接收器与干扰源的距离;

Pt:发射机发射功率;

Pr:接收到的接收器功率。

(2)接收器灵敏度:

* IEEE 802.11b, /s 传输速度 CCK 调制:-76dBm;

* IEEE 802.15.4:-85dBm。

(3)发射功率:

* IEEE 802.11b:14dBm。

* IEEE 802.15.4: 0dBm。

(4)接收机带宽:

*IEEE 802.11b:22MHz。

* IEEE 802.15.4:2MHz。

(5)干涉特征

干扰信号是近似等带宽的加性高斯白噪声(AWGN,White Noise)。

(6)误码率 (BER) 计算

* IEEE 802.11b, /s 传输速度

仿真结果反映了 PER(误包率)、(干扰源和接收器之间的距离)和(频率偏移)之间的关系。可以清楚地看出,频偏和距离是两个关键参数。扩频系统,频偏大(IEEE 802.11b载波中心频率与IEEE 802.15.4载波中心频率之差)可容忍近距离(小于2m)共存信道宽度,但在频偏小或同频干扰的情况下,可容忍距离为几十米;干扰源离接收机越远,共存性能越好。可见、通道占用检查和动态

频道选择对于确保共存性能极为重要。

对 Wi-Fi 的干扰相对较小。由于信号带宽只有3MHz,相比Wi-Fi的22MHz带宽信道宽度,它是一个窄带干扰源。 IEEE 802.11b 载波技术可以完全抑制干扰信号。另外,设备天线的输出功率限制在0dBm(1mW),与IEEE 802.11b的20dBm(100mW)相差甚远,不足以构成干扰威胁。

实验表明,正确的信道选择、增加频偏和与干扰源保持一定距离可以确保与 Wi-Fi 系统共存。

4.2与蓝牙共存

蓝牙使用FHSS,将2.4GHz ISM频段定义为79个1MHz信道,蓝牙设备以伪随机码的形式在这79个信道之间每秒跳频1600次。跳频技术的理论是基于这样一个事实,即在使用2.4GHz频段的多组系统下,这些系统在某些时候只会出现频率冲突,而在其他时候它们可以处于不同的状态。和非干扰信道。操作。

该系统是非扩频系统,因此蓝牙在79个通信中只有1个与通信频率重叠,并且会快速跳转到另一个频率。大多数情况下,蓝牙不会严重恐吓,对蓝牙系统的影响可以忽略不计。

4.3 共存

每个通道为1MHz宽,将2.频段划分为79个1MHz通道,与蓝牙类似,但无线使用DSSS而不是FHSS。这些设备是频率捷变的。尽管他们使用“固定”频道,但如果初始频道的链接质量看起来不理想,它会动态更改频道。在严重干扰期间,不会改变频道。噪声比和碰撞避免算法,减少传输碰撞造成的数据丢失。为了减少干扰,至少每 50ms 检测一次信道的噪声电平。如果与频道重叠,主设备可以选择新的频道,与系统和平共处。

4.4 与其他干扰源共存

除了上述工作在2.4GHz ISM频段的无线技术标准外,还有其他干扰源,如2.4GHz无绳电话、微波炉等。

4.4.1 部无绳电话(2.4GHz)

2.4GHz无绳电话不使用标准组网技术,部分使用DSSS方式,大部分使用FHSS。使用 DSSS 和其他固定频道算法的无绳电话通常在电话上具有“频道”按钮,允许用户自动更改频道; FHSS 电话没有“频道”按钮,因为它们经常更换频道。大多数 2.4GHz 无绳电话使用 5 到 10MHz 的信道长度,并且所有无绳电话都会在 ISM 频段内产生相当高的能量,因此它是许多射频系统的干扰源。

如果无绳电话使用FHSS,它发出的干扰可以完全破坏网络的运行,因为它占用的信道(5~10MHz)比蓝牙(1MHz)更宽,而且无绳电话信号功率更高。在频道中间跳转到 FHSS 无绳电话可能会导致设备重复数据包,因此建议在网络外使用此类电话。如果无绳电话使用DSSS,可以将无绳电话和系统使用的信道配置为不相互重叠以消除干扰。

4.4.2 微波

微波炉也是这个频段最常见的。

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