zigbee和wi-fi的干扰和共存

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1、Zigbee和Wi-Fi的干扰和共存　　0引言　　继无线局域网（WLAN）和无线城域网（WMAN）之后，便携式技术产品的发展和应用需求的迅速增长，促进了新的无线个人局域网（WPAN）的诞生，使无线接入的产业链更加完善。　　Zigbee是新近推出的一个低数据率的无线通信技术。它具有复杂度低、成本极少、功耗很小的特点，主要适用于自动控制、远程监控等领域。Zigbee联盟在制定Zigbee标准时，采用了IEEE802.15.4作为其物理层和媒体接入层规范。基于IEEE802.15.4标准的Zigbee通信模块，可嵌入到各种设备当中，成本将有望控制在1.5美元到2.5美元之间，有着广泛的

2、应用前景。据美国In-Stat/MDR预测，2008年出货量将超过1.5亿个。　　基于IEEE802.11b标准的Wi-Fi是当今无线局域网的主流技术，而随着低速率应用市场需求的不断增长，Zigbee和Wi-Fi系统共处的可能性越来越大。但由于两者都主要工作在2.4GHz的ISM频段，它们不可避免地会产生相互干扰，可见Zigbee和Wi-Fi之间的共存是一个亟需解决的问题。目前国内还没有相关的研究文献，文章下面初步分析了Zigbee对Wi-Fi的干扰情况，并提出了共存的解决方法。　　1Zigbee和Wi-Fi的主要特性比较　　低速率、低功耗的Zigbee有着特定的应用空间，是Wi

3、-Fi的有效补充，两者的主要性能参数如表1所示。表1Zigbee和Wi-Fi的主要特性　　2干扰分析　　2.1背景　　Zigbee工作在工业科学医疗（ISM）频段，定义了两个物理层，即2.4GHz频段和868/915MHz频段物理层，而868MHz和915MHz的ISM频段分别只在欧洲和北美有，所以其主要工作于全球范围内免许可证的2.4GHz的ISM频段。必然会与工作在该频段的Wi-Fi产生相互干扰。　　Zigbee的底层标准把2.4GHz的ISM频段划分为16个信道，每个信道带宽为2MHz,如图1所示。Wi-Fi将该频段划分为11个直扩信道，系统可选定其中任一信道进行通信，信道

4、带宽为22MHz,所以11个信道有重叠，无重叠的信道最多只有3个，如图2和图3所示。显而易见，假定Wi-Fi系统工作在任一信道，则Zigbee和其信道频率重叠的概率为1/4.当Zigbee和Wi-Fi同时使用相同频段通信时，产生带内有色噪声干扰，导致传输分组冲突。　　2.2Zigbee对Wi-Fi的干扰分析　　本节将分析在频偏为零的同信道条件下Zigbee对Wi-Fi的干扰。假设一室内环境下的Zigbee和Wi-Fi设备节点如图4分布。每个Zigbee节点呈独立一致性均匀分布，其处于活动状态的概率为P[A],分布密度为D.假设有个Zigbee节点会产生对STA有效的干扰，则分组冲

5、突概率P[C]为m2:　　本文室内路径损耗选用对数距离模型：　　其中：n--依赖于周围环境，Xo--零均值的高斯分布随机变量，d0--近地参考距离。　　根据文献[5]和[6],对于一个半径为R的覆盖区，假设STA的SIR的阈值为γ（如果Zigbee节点要对STA产生有效的干扰，使其SIR必须小于γ），则有效干扰区域的百分比为U（γ）（即对于STA的SIR低于γ的区域百分比），如果在半径范围内导致SIR低于阈值的概率为P[SIR<γ],则：　　则对数正态分布变量SIR的均值为：　　其方差为δ。　　针对上述模型做定性分析，由于Zigbee底层协议IEEE802.15.4中有着特殊的睡

6、眠机制，节点处于活动状态的概率一般小于1%[4],γ可取为10dBm[7],AP和Zigbee的传输功率分别为14dBm和0dBm。　　根据文献[6],分组出错率的期望E[PER]=P[C],分组冲突概率越大，相应的分组出错率也越大。从图5可以看出，随AP和STA的距离d以及δ的增大，系统的性能越差。　　3共存问题解决　　共存一般可认为不同无线系统实现共处而不明显相互影响性能。类似IEEE802.15.2规定的，共存方案在此也可分为协作方式和非协作方式两种[8].　　对于协作方式，系统间可以进行信息交换从而能减少互相之间的干扰。对于非协作方式，两个系统不能够进行信息交换，只有监测

7、到干扰存在时才做调整减少干扰程度。它们都有各自的应用范围，其中，协作方式最主要应用于同一设备中存在Zigbee和Wi-Fi两种装置的情况。在实际应用环境中，将会有许多Zigbee和Wi-Fi装置同时存在，且存在于不同设备中，这就需要非协作方式减小干扰。　　3.1协作方式　　在此方式下我们可采用时序控制，在MAC层加入一个中央控制器，监控Zigbee和Wi-Fi的业务分布，并允许它们的信息进行交互，任一装置需要传输数据时先向中央控制器申请时隙，控制器根据特定算法统一分配时隙，并将分