2.4GHz频段日益拥挤，各种信号带宽的原因及对策
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）
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。