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ZigBee模块指南 通信技术篇

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  之前计讯小编给大家解读了ZigBee历史起源篇,那么,这篇小讯带大家了解一下ZigBee模块通信技术的相关知识。

  1、为什么说ZigBee使用的是免费频段

  在世界上大多数国家,使用无线电设备都是要支付频率使用费的,包括手机通信。只不过移动运营商或服务提供商已经向国家支付了这笔费用,并通过各种方式向用户收取了这笔费用。

  而免费频段,是指各个国家根据各自的实际情况,并考虑尽可能与世界其他国家规定的一致性,而划分出来的一个频段,专门用于工业,医疗以及科学研究使用(ISM频段),不需申请而可以免费使用。

  我们国家的2.4G频段,就是这样一个频段。

  然而,为了保证大家都可以合理使用,国家对该频段内的无线收发设备,在不同环境下的使用功率做了相应的限制。例如在城市环境下,发射功率不能超过 100mW。

  2、ZigBee仅适合近距离通信吗

  ZigBee局域网络不仅可以通过提高每个节点模块的发射功率和接收灵敏度以及增加节点数量来扩展网络,而且还可以通过传统的互联网去监控路途遥远的ZigBee控制网络。

ZigBee通信

  但是,需要注意的是:

  (1)随着发射功率的增加,耗电量自然要增大,便会失去ZigBee本身电能消耗很低的优势;

  (2)尽管2.4Ghz是免费频段,但是不能超过电波法中对于最大功率的限制。

  所以,通常还是将Zigbee用于近距离通信场景。

  3、ZigBee采用直序扩频的通信方式有什么好处

  同样的频段,采用不同的通信方式则结果也许会有很大的差别。例如ASK、FSK、FHSS、DSSS等的抗干扰能力,通信安全保密性,可靠性都各不相同。

  ZigBee系统和CDMA系统一样,都采用的是直序扩频技术(DSSS),它是一种抗干扰能力极强,保密性和可靠性都很高的通信方式。

  扩频技术在正常通信时所要求的信噪比可以很低。也就是说,在干扰很强的环境下,它仍然能够正常工作。根据计算和实验,这相当于接收灵敏度提高了7dBm。它也不容易干扰别人。

  换句话说,它可以使用较低的功率传输更远的距离(在发射功率为0dBm的情况下,蓝牙通常能有10米的作用范围。而ZigBee在室内通常能达到30-50米的作用距离,在室外空旷地带甚至可以达到400米)。

  4、为什么Zigbee的抗干扰性能高于Wi-Fi和蓝牙技术

  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。

  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。

ZigBee

  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。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。

  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,蓝牙要达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。

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