现代微波测量技术课程报告-2.4G技术.docx

Harbin Institute of Technology课程报告课程名称： 现代微波测量技术 报告题目： 2.4GHz ISM频段中的各种无线技术 院 系： 班 级： 报 告 者： 学 号： 任课教师： 报告时间： 哈尔滨工业大学2.4GHz ISM频段中的各种无线技术--它们会互相干扰吗？引言：2.4GHz作为全球共同的ISM频段，很多无线技术都不约而同的选择了它作为自己的工作频率那么这么多不同的无线技术都占用了这一个频段，它们之间会互相干扰吗？会互相打架吗？答案是肯定的，广州地铁被Wi-Fi信号逼停地事件中就可以看出它们之间的干扰，那么我们可以尽量的减小互相之间的干扰吗？下面将先从各种工作于2.4GHz频段的无线技术的介绍开始，探讨一下避免和减小干扰的方法1. ISM频段ISM(Industrial Scientific Medical)频段，是由ITU-R （ITU Radiocommunication Sector，国际通信联盟无线电通信局）定义的。

此频段主要是开放给工业、科学、医学三个主要机构使用，属于Free License，无需授权许可，只需要遵守一定的发射功率(一般低于1W)，并且不要对其它频段造成干扰即可ISM 频段如下：表1 ISM频段频率范围（Hz）中心频率（Hz）可行性6.765–6.795 MHz6.780 MHz取决于当地13.553–13.567 MHz13.560 MHz26.957–27.283 MHz27.120 MHz40.66–40.70 MHz40.68 MHz433.05–434.79 MHz433.92 MHz902–928 MHz915 MHz Region 2 only2.400–2.500 GHz2.450 GHz5.725–5.875 GHz5.800 GHz24–24.25 GHz24.125 GHz61–61.5 GHz61.25 GHz取决于当地122–123 GHz122.5 GHz取决于当地244–246 GHz245 GHz2.4GHz频段为各国共同的ISM频段因此无线局域网、蓝牙、ZigBee等无线网络，均可工作在2.4GHz频段上随着越来越多的企业生产产品使用2.4GHz无线电频谱，人们不得不考虑来自其他来源信号。

由于标准规定了未授权频段状态，因此无线设备必须考虑到干扰在这些不利的条件下，如何才能使他2.4GHz设备性能最好呢？通常是产品是实验室环境下进行测试的，但其性能由于实际中其他2.4GHz产品的干扰而使性能大大下降2. 2.4GHz频段的几种技术2.4GHz频段现有的标准主要有Wi-Fi，蓝牙和ZigBee等在本文中，我们将介绍2.4GHz的主要标准技术：Wi-Fi，蓝牙（Bluetooth），无线USB（WirelessUSB），ZigBee，2.4GHz无线技术2.4GHz的ISM频段无线频率调制有两种：跳频扩频（FHSS）和直接序列扩频（DSSS）蓝牙使用FHSS而WirelessUSB，802.11b/g/a（一般称为Wi-Fi的）和802.15.4（称为ZigBe的结合上网络层）利用DSSS所有这些技术都在全球范围内的ISM频段（2.400-2.483千兆赫）上实施（如图1）图1 2.4GHz频段的无线技术分布2.1 Wi-FiWi-Fi是通常被用来连接计算机到本地局域网或间接到Internet大多数Wi-Fi设备的笔记本电脑不是每日充电就是直接插入墙上的电源，因此对电源要求并不敏感。

Wi-Fi使用DSSS系统，每个通道带宽22MHz，同时可允许使用多达三个不互相重叠相同带宽的信道每一个Wi-Fi接入点所使用的信道必须手动配置；Wi-Fi客户端搜索可用接入点的所有信道802.11使用11位的Barke伪随机噪声（PN）码来为原始1和2Mbit/s数据传输速率的每一个信息比特进行编码为了实现更高的数据速率，802.11b使用补码键控（CCK）6位信息比特编码到8码片符号当中用CCK算法有64个可能的符号，这就要求每个802.11b的无线电具有64个分离的相关器（该设备负责把符号转化为信息比特），这增加了复杂性和成本的电台，但使数据速率提高到11Mbit/s2.2蓝牙蓝牙的重点是，耳机和PDA之间的互操作性大部分蓝牙设备需要经常充电蓝牙使用FHSS技术，将2.4GHz的ISM频段分割为791MHz的信道蓝牙设备之间在伪随机模式下的每秒在79个信道中跳频1600次连接蓝牙设备分组成被称为piconets的网络；每个piconet包含一个主和最多7个激活的从属器每个piconet信道的跳频序列来自于主时钟所有的从属设备必须保持时钟同步前向纠错（FEC）是用在所有包头，每比特在包头中传输三次。

汉明码也用于某些类型数据有效载荷的前向纠错汉明码使每个数据包中引入了50％的多余比特，但其能够纠正所有单一错误，并能够检测到每15位码字中两个错误（每15位码字包含10位信息）2.3无线USB（WirelessUSB）已被设计为一个电缆的计算机输入设备（鼠标，键盘等），也将目标瞄准了无线传感器网络WirelessUSB设备不定期充电，通过碱性电池来保证其能够运行几个月WirelessUSB与蓝牙使用无线电信号的相似，但使用DSSS而不是FHSS每个WirelessUSB信道为1MHz带宽，像蓝牙一样把WirelessUSB 2.4GHz的ISM频段分为1到79MHz的信道WirelessUSB设备的频率变换灵活，换句话说，他们使用的“固定”信道，但如果原始信道质量并非最优，将动态变化信道WirelessUSB采用伪噪声（伪）码来编码每一个信息比特大多数的WirelessUSB系统使用两个32-码片PN码，允许两个信息比特率编码在每一个32-码片符号中这个方案每个符号可以纠正三个错误，每个符号最多可以检测10个码片错误虽然使用32-码片（有时是64）PN码限制了WirelessUSB数据速率（62.5kbit/s），但数据的完整性大大高于蓝牙，尤其是在嘈杂的环境。

2.4 ZigBeeZigBee作为一个用于设计传感器和控制网络的标准化解决方案，大多数ZigBee设备对功耗很敏感（恒温器，安全传感器等），通常要求电池寿命达到几年ZigBee的还采用了在868MHz频段（欧洲），915兆赫频带（北美），以及2.4GHz的ISM频段的直接序列扩频无线电信号定义了在2.4GHz的ISM频段16个信道；每个信道带宽3MHz和每个信道中心频率间隔为5MHz，一对信道之间有2MHz的保护带宽ZigBe采用11位PN码，每个符号编码4位信息比特，它的最高数据速率达到128Kbps物理和MAC层是由IEEE 802.15.4工作组规定，与IEEE 802.11b标准共享许多相同的设计特点2.5 2.4GHz无线技术2.4GHz的无线技术现在是使用的越来越普遍例如在无线耳机等无线音频传输中以无绳为例，2.4GHz的无绳正变得越来越普遍，其并不使用一个统一标准网络技术有些使用DSSS；但最普遍使用FHSS采用DSSS和其他使用固定通道算法的通常有一个“频道”按钮，用户可以手动更改频道采用FHSS的没有“通道”按钮，因为它们是不断变化的信道大多数的2.4GHz无绳使用的信道带宽为5到10MHz。

3 避免冲突的技术3.1 Wi-Fi避免冲突的计算Wi-Fi的避免冲突算法在发射前会侦听“安静”的通道，这样多个Wi-Fi客户端能有效地与单一Wi-Fi接入点通信如果Wi-Fi通道噪声很大，则Wi-Fi设备在再次聆听该通道前进行随机退避如果通道噪声仍然较大，那么会重复此过程直至通道安静为止一旦通道安静下来，Wi-Fi设备将开始发射如果通道一直嘈杂，那么Wi-Fi设备就会寻找另条通道上的其他可用接入点使用相同或重叠通道的Wi-Fi网络通过免冲突算法可以实现共存，但每个网络的吞吐量会有所下降如果同一区域使用多个网络，那么我们最好使用非重叠的通道，比如通道1、6和11，这能提高每个网络的吞吐量，因为无需与其他网络共用带宽由于蓝牙发射的跳频特性，故来自蓝牙的干扰最小如果蓝牙设备在一个与Wi-Fi通道重叠的频率上发射，而Wi-Fi设备此时正在进行“发射前侦听”，则Wi-Fi设备会执行随机退避，在这期间，蓝牙设备会跳转到一个非重叠的通道，以允许Wi-Fi设备可开始发射即便无绳使用的是FHSS而不是DSSS，来自2.4GHz无绳的干扰也可完全中断Wi-Fi网络完全的工作，部分原因是因为与蓝牙(1MHz)相比其占用更宽的通道(5-10MHz)，以及无绳信号具有更高的功率。

跳转到Wi-Fi通道中间的FHSS无绳信号能够破坏Wi-Fi发射，这就导致Wi-Fi设备要重复发射2.4GHzFHSS无绳很可能会干扰邻近所有Wi-Fi，因此我们不建议在Wi-Fi网络附近使用这种如果无绳使用DSSS，那么无绳和Wi-Fi接入点使用的通道可配置成互不重叠，以消除干扰3.2 解决蓝牙的干扰技术在蓝牙中，来自其他蓝牙微网的干扰最小，因为每个微网都使用它自己的伪随机跳频模式如果两个共处的微网被激活，则发生冲突的概率为1/79冲突的概率随共处的有效微网的数量呈线性增加蓝牙最初采用跳频算法来处理干扰，不过人们意识到，单个活动的Wi-Fi网络会对四分之一的蓝牙通道造成严重干扰由于通道重叠导致的数据包丢失必须在空闲的通道上重新发射，这就大幅降低了蓝牙设备的吞吐量蓝牙规范1.2版通过定义自适应跳频(AFH)算法来解决上述问题，这种算法使蓝牙设备能将通道标为好、坏或未知三种状态跳频模式中的坏通道可通过查询表由好通道来取代蓝牙主设备会定期聆听坏通道，以确定干扰是否消失；如果干扰消失，那么就将通道标记为好通道并将其从查询表中删除蓝牙从设备应主设备请求也能向主设备发送报告，告知其对通道质量的评估。

举例来说，从设备可能侦听到主设备未聆听到的Wi-Fi网络联邦通讯委员会(FCC)要求至少使用15个不同的通道AFH算法使蓝牙能避免使用Wi-Fi和WirelessUS等DSSS系统占用的通道2.4GHz FHSS无绳仍可能会对蓝牙设备造成干扰，因为这两种系统都是在整个2.4GHz ISM频段上以跳频方式工作，不过，由于蓝牙信号的带仅为1MHz，因此FHSS无绳与蓝牙之间的冲突频率要远小于Wi-Fi;和FHSS无绳之间的冲突频率蓝牙还支持三种不同的数据包长度，在给定信道上表现为具有不同的驻留时间蓝牙还可通过缩短数据包长度，以提高数据吞吐量可靠性在此情况下，最好是使较小数据包以较低的速率通过，这比以正常速率会丢失较大的数据包更为可取3.3解决WirelessUSB和ZigBee的干扰问题在WirelessUSB中，每个网络在选择通道前都会检查其他WirelessUSB网络因此，其他WirelessUSB网络造成的干扰极小WirelessUSB至少每50 ms都会检查一下通道的噪声大小Wi-Fi设备造成的干扰会导致持续的高噪声，这就会使Wi。