Zigbee和Wi-Fi的干擾和共存
0 引言
繼無線局域網(WLAN)和無線城域網(WMAN)之后,便攜式技術產品的發(fā)展和應用需求的迅速增長,促進了新的無線個人局域網(WPAN)的誕生,使無線接入的產業(yè)鏈更加完善。
Zigbee 是新近推出的一個低數(shù)據(jù)率的無線通信技術。它具有復雜度低、成本極少、功耗很小的特點,主要適用于自動控制、遠程監(jiān)控等領域。Zigbee 聯(lián)盟在制定Zigbee 標準時,采用了IEEE802.15.4 作為其物理層和媒體接入層規(guī)范?;贗EEE802.15.4 標準的Zigbee 通信模塊,可嵌入到各種設備當中,成本將有望控制在1.5 美元到2.5 美元之間,有著廣泛的應用前景。據(jù)美國In-STat/MDR預測,2008 年出貨量將超過1.5 億個。
基于IEEE802.11b標準的Wi-Fi 是當今無線局域網的主流技術,而隨著低速率應用市場需求的不斷增長,Zigbee 和Wi-Fi 系統(tǒng)共處的可能性越來越大。但由于兩者都主要工作在2.4 GHz 的ISM 頻段,它們不可避免地會產生相互干擾,可見Zigbee 和Wi-Fi 之間的共存是一個亟需解決的問題。目前國內還沒有相關的研究文獻,文章下面初步分析了Zigbee 對Wi-Fi 的干擾情況,并提出了共存的解決方法。
1 Zigbee 和Wi-Fi 的主要特性比較
低速率、低功耗的Zigbee 有著特定的應用空間,是Wi-Fi的有效補充,兩者的主要性能參數(shù)如表1 所示。
表1 Zigbee 和Wi-Fi 的主要特性
2 干擾分析
2.1 背景
Zigbee 工作在工業(yè)科學醫(yī)療(ISM)頻段,定義了兩個物理層,即2.4 GHz頻段和868/915MHz 頻段物理層,而868MHz 和915 MHz 的ISM 頻段分別只在歐洲和北美有,所以其主要工作于全球范圍內免許可證的2.4 GHz 的ISM 頻段。必然會與工作在該頻段的Wi-Fi 產生相互干擾。
Zigbee 的底層標準把2.4 GHz 的ISM頻段劃分為16 個信道,每個信道帶寬為2 MHz,如圖1 所示。Wi-Fi 將該頻段劃分為11 個直擴信道,系統(tǒng)可選定其中任一信道進行通信,信道帶寬為22 MHz,所以11 個信道有重疊,無重疊的信道最多只有3 個,如圖2 和圖3 所示。顯而易見,假定Wi-Fi 系統(tǒng)工作在任一信道,則Zigbee 和其信道頻率重疊的概率為1/4.當Zigbee 和Wi-Fi 同時使用相同頻段通信時,產生帶內有色噪聲干擾,導致傳輸分組沖突。
2.2 Zigbee 對Wi-Fi 的干擾分析
本節(jié)將分析在頻偏為零的同信道條件下Zigbee 對Wi-Fi的干擾。假設一室內環(huán)境下的Zigbee 和Wi-Fi 設備節(jié)點如圖4 分布。每個Zigbee 節(jié)點呈獨立一致性均勻分布,其處于活動狀態(tài)的概率為P[A ],分布密度為D.假設有個Zigbee 節(jié)點會產生對STA 有效的干擾,則分組沖突概率P[C]為m2:
本文室內路徑損耗選用對數(shù)距離模型:
其中:n- - 依賴于周圍環(huán)境,Xo- - 零均值的高斯分布隨機變量,d0- - 近地參考距離。
根據(jù)文獻[5]和[6],對于一個半徑為R 的覆蓋區(qū),假設STA的SIR 的閾值為γ (如果Zigbee 節(jié)點要對STA 產生有效的干擾,使其SIR 必須小于γ ),則有效干擾區(qū)域的百分比為U(γ )(即對于STA的SIR低于γ的區(qū)域百分比),如果在半徑范圍內導致SIR低于閾值的概率為P[SIRγ] ,則:
則對數(shù)正態(tài)分布變量SIR 的均值為:
其方差為δ。
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