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2.4 GHz 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。

1 Zigbee 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-Fi的有效补充，两者的主要性能参数如表1 所示。

表1 Zigbee 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2.4 GHz频段和868/915MHz 频段物理层，而868MHz 和915 MHz 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2.4 GHz 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2.4 GHz 的ISM频段划分为16 个信道，每个信道带宽为2 MHz,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，信道带宽为22 MHz,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。






2.2 Zigbee 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[SIRγ] ,则：




则对数正态分布变量SIR 的均值为：




其方差为δ。