PDF《ZigBee 基本技术问答》

(8 )免执照频段:采用直接序列扩频在工业科学医疗

2 . 4GHz(全球)频段. Q1-4:为什么说 ZigBee 是顺应工业自动化对可靠的无线 数据传输日益增长的需求而产生的? 互动平台Interactive Space

2008 年第

1 期69 A:ZigBee技术本身,就是因为蓝牙技术不能满足工业自动 化中,对低数据量,低成本,低功耗,高可靠性的无线数据通 信的需求而产生的.对于工业现场,这种无线数据传输必须是 高可靠的,并能抵抗工业现场的各种电磁干扰.ZigBee技术中, 使用网状网拓扑结构,自动路由,动态组网,直序扩频的方式. 就是为了满足工业自动化控制现场的这种需要.

2 通信技术篇 Q2-1:ZigBee 使用那种协议? A:IEEE 802.15.4协议, 这是一种低传送速率的无限PAN的 协议. 在标准化方面, IEEE802.15.4工作组主要负责制定物理层 和MAC 层的协议,其余协议主要参照和采用现有的标准,高层 应用、测试和市场推广等方面的工作将由 ZigBee 联盟负责. Q2-2:为什么 ZigBee 无线通信使用 2,4G 频段是免费频 段? A:在我国和世界上大多数其他国家,一般使用无线电设备 都是要付频率使用费的,包括手机通信,只不过移动运营商已 经向国家支付了这笔费用,并通过号码占用费等方式向用户收 取了这笔费用.在使用其它无线设备时,你首先要向国家相关 部门申请频率使用许可,然后根据你的无线设备所使用的频率, 功率大小和数量收取费用.这是一笔不小的费用,一般设备一 年往往要交纳几千元的费用.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的频段.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 . Q2-3:ZigBee 仅适合近距离通信吗? A: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. 但是, 在 进行扩张要注意的是: (1)随着发射功率的增加,耗电量自然 要增大, 只要求耗电也大, 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. Q2-4:ZigBee 采用直序扩频的通信方式有什么好处? A: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.如果你使用过这两种技术的通 信产品,你会发现两者在可靠性上不同凡响. 由于扩频技术在正常通信时所要求的信噪比可以很低,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.下面 引用扩频技术优越性有关的一些资料供参考: CDMA 是继世界上推出数字通信技术之后,1995 年又推出 的一种新型数字蜂窝技术,它利用数字传输方法,采用扩频通 信技术,大幅度地提高了频率利用率,具有容量大、覆盖范围 广、手机功耗小、话音质量高的突出优点,将移动通信技术推 向发展新阶段.CDMA(码分多址连接)蜂窝系统与 FDMA(频 分多址连接)和TDMA(时分多址连接)系统相比,CDMA 系统 具有以下突出优点: (1)抗干扰性能好 由于 CDMA 经过扩频处理,故抗干扰性 能好,可和同频带的窄带共存,而不影响其正常工作. (2)抗多径衰落能力强 多径衰落是影响移动通信质量的一 个突出问题,通常必须采取空间分集、自适应均衡等技术加以 克服,还有较大衰落余量.CDMA 系统可以利用多径信号提供路 径分集,这样不但缓和瑞利衰落,而且还缓和了因物理遮挡所 造成的慢衰落,从而大大提高通信质量. (3)系统容量增大 对于 FDMA 与TDMA,若小区的频点或 时隙一分配完,则小区就不能接收新的呼叫,容量有硬性限制. 而CDMA 是干扰受限系统,在指定的干扰电平下,即使用户数已 达到限定数目时,也还允许增加个别用户,其缺点是造成话音 质量下降.业务提供者可在容量与话音质量之间进行平衡. CDMA 精确的功率控制和软切换技术大大降低了干扰信号的强度 和所需的信噪比要求,而且有效地采用诸如话音激活或可变速 率话音编码、分集接收、功率控制.据介绍,CDMA 信噪比是 DAMPS、TDMA 的3.7 倍,是TACS 的11.2 倍,是AMPS 的13.6 倍,是FM/FDMA 方式的