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ZigBee模塊指南 通信技術(shù)篇
之前計訊小編給大家解讀了ZigBee歷史起源篇，那么，這篇小訊帶大家了解一下ZigBee模塊通信技術(shù)的相關知識。
1、為什么說ZigBee使用的是免費頻段？
在世界上大多數(shù)國家，使用無線電設備都是要支付頻率使用費的，包括手機通信。只不過移動運營商或服務提供商已經(jīng)向國家支付了這筆費用，并通過各種方式向用戶收取了這筆費用。
而免費頻段，是指各個國家根據(jù)各自的實際情況，并考慮盡可能與世界其他國家規(guī)定的一致性，而劃分出來的一個頻段，專門用于工業(yè)，醫(yī)療以及科學研究使用(ISM頻段)，不需申請而可以免費使用。
我們國家的2.4G頻段，就是這樣一個頻段。
然而，為了保證大家都可以合理使用，國家對該頻段內(nèi)的無線收發(fā)設備，在不同環(huán)境下的使用功率做了相應的限制。例如在城市環(huán)境下，發(fā)射功率不能超過 100mW。
2、ZigBee僅適合近距離通信嗎？
ZigBee局域網(wǎng)絡不僅可以通過提高每個節(jié)點模塊的發(fā)射功率和接收靈敏度以及增加節(jié)點數(shù)量來擴展網(wǎng)絡，而且還可以通過傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)去監(jiān)控路途遙遠的ZigBee控制網(wǎng)絡。
但是，需要注意的是：
(1)隨著發(fā)射功率的增加，耗電量自然要增大，便會失去ZigBee本身電能消耗很低的優(yōu)勢；
(2)盡管2.4Ghz是免費頻段，但是不能超過電波法中對于最大功率的限制。
所以，通常還是將Zigbee用于近距離通信場景。
3、ZigBee采用直序擴頻的通信方式有什么好處？
同樣的頻段，采用不同的通信方式則結(jié)果也許會有很大的差別。例如ASK、FSK、FHSS、DSSS等的抗干擾能力，通信安全保密性，可靠性都各不相同。
ZigBee系統(tǒng)和CDMA系統(tǒng)一樣，都采用的是直序擴頻技術(shù)(DSSS)，它是一種抗干擾能力極強，保密性和可靠性都很高的通信方式。
擴頻技術(shù)在正常通信時所要求的信噪比可以很低。也就是說，在干擾很強的環(huán)境下，它仍然能夠正常工作。根據(jù)計算和實驗，這相當于接收靈敏度提高了7dBm。它也不容易干擾別人。
換句話說，它可以使用較低的功率傳輸更遠的距離(在發(fā)射功率為0dBm的情況下，藍牙通常能有10米的作用范圍。而ZigBee在室內(nèi)通常能達到30-50米的作用距離，在室外空曠地帶甚至可以達到400米)。
4、為什么Zigbee的抗干擾性能高于Wi-Fi和藍牙技術(shù)？
ZigBee抗干擾特性主要是抗同頻干擾，即來自共用相同頻段的其他技術(shù)的干擾。
主要特性如下：
1）、空閑信道評估(Clear Channel Assessment，CCA)：
判斷信道是否空閑。IEEE 802.15.4 物理層在碰撞避免機制中提供CCA的能力，即如果信道被其他設備占用，則允許傳輸退出而不必考慮采用該信道的通信協(xié)議。
2)、動態(tài)信道選擇：
ZigBee個人區(qū)域網(wǎng)(PAN)中的協(xié)調(diào)器(網(wǎng)絡的中心節(jié)點，負責網(wǎng)絡的組織和維護)。首先要掃描所有的信道，然后確認并加入一個合適的PAN(不需要創(chuàng)建一個新的PAN)，減少同頻段PAN的數(shù)量，降低潛在的干擾。如果干擾源出現(xiàn)在重疊的信道上，協(xié)調(diào)器上層的軟件要應用信道算法選擇一個新的信道。
3)、信道算法：
在網(wǎng)絡初始化或者響應中斷時，ZigBee 設備都會先掃描一系列被列入信道表參數(shù)中的信道，以便進行動態(tài)信道選擇，按照上述空閑信道來設置信道表參數(shù)，以便加強網(wǎng)絡的共存性能。
在嚴重干擾期間，ZigBee不改變信道，而是依靠其低占空比、免沖突算法(每個設備在發(fā)送數(shù)據(jù)之前偵聽信道)來減小由于傳輸沖突所造成的數(shù)據(jù)丟失。
4)、直序擴頻技術(shù)(DSSS)和頻率快變FA：
直接序列擴頻技術(shù)具有一定的抗干擾效果(如下圖所示)，在其他條件相同情況下傳輸距離要大于跳頻技術(shù)。所謂頻率快變是改變頻率、以避開一個已知干擾源或信號源的影響。
由上圖可見，ZigBee的誤碼率在信噪比為4dB的情況下可達10-9，要達到同樣誤碼率，Wi-Fi要達10dB，藍牙要達16dB， Zigbee的抗干擾性能明顯高于Wi-Fi和藍牙技術(shù)。
5、應答重傳和幀緩存
ZigBee的MAC層和應用層(APS部分)具有自動請求重傳ARQ和幀緩存功能。當傳送數(shù)據(jù)幀給設備時，如果接收設備處于忙或者休眠狀態(tài)而不能接收該幀，那么網(wǎng)絡的主協(xié)調(diào)設備就暫時緩存該幀，直到接收端接收該幀。
雖然調(diào)制方式很簡單，但ZigBee在2.4GHz ISM頻段表現(xiàn)出了很好的抗干擾性能，非常適合于低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽脠龊稀?/span>
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