徐 博

（嶧城有線電視臺(tái)，山東 棗莊 277300）

0 引 言

隨著WiFi 無(wú)線技術(shù)的逐漸普及，市場(chǎng)對(duì)WiFi速率的需求越來(lái)越高。當(dāng)一個(gè)WiFi 熱點(diǎn)建立好信道并產(chǎn)生流量使用后，這個(gè)信道上的其他2.4 GHz設(shè)備基本很難再搶占資源。譬如在一個(gè)有限的空間內(nèi)，如果Zigbee 設(shè)備和WiFi 在同一信道附近，當(dāng)WiFi 進(jìn)行大數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，Zigbee 的傳輸會(huì)受到一定的影響。

目前，802.11b、802.11g 的工作頻段在2.4 GHz頻段的大致分布情況是，北美2.412 ～2.462 GHz共11 個(gè)信道、歐洲及中國(guó)2.412 ～2.472 GHz 共13個(gè)信道、日本2.412 ～2.48 4GHz 共14 個(gè)信道。為了避免同頻信道的干擾，廠家一般都都選擇信道1、信道6 及信道11 的默認(rèn)配置，以最大效益地使用2.4 GHz 頻率資源。但如果人們生活或辦公的區(qū)域存在多于3 個(gè)以上的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就不可避免地會(huì)出現(xiàn)信道重疊的影響，影響一些信道的數(shù)據(jù)傳輸[1]。

在Zigbee 和2.4 GHz WiFi 網(wǎng)關(guān)合一的產(chǎn)品中，二者都占據(jù)2.4 GHz 頻段：Zigbee 工作在2.4 GHz頻段，占用2 400 ～2 483 MHz 頻段，分成16 個(gè)信道，從ch11 到ch26，每個(gè)信道間隔5 MHz；WiFi 2.4 GHz 的范圍是2 400 ～2 473 MHz，分為13 個(gè)信道，從ch1 到ch14，按照20 MHz 帶寬進(jìn)行劃分。

對(duì)于此類同頻的裝置，理論上說(shuō)，如果二者的天線距離足夠遠(yuǎn)，隔離度足夠大（＞40 dBm）時(shí)，基本可以忽略同頻帶來(lái)的干擾。但實(shí)際在設(shè)備中，一方面受到結(jié)構(gòu)限制，二者天線距離有限；另一方面，二者在同一個(gè)單板上，電路間也會(huì)產(chǎn)生一些同頻干擾[2]。

在這種情況下，要想二者都能同時(shí)工作，且不影響其他用戶的體驗(yàn)，需要通過(guò)其他方式來(lái)降低干擾。

本文主要討論的是2.4 GHz WiFi，因此在下面的說(shuō)明中，WiFi 均指的是2.4 GHz 頻段。

1 干擾分析

相比Zigbee，WiFi 無(wú)論是在覆蓋范圍還是發(fā)射功率上都要遠(yuǎn)超Zigbee。從這個(gè)角度上來(lái)說(shuō)，Zigbee 對(duì)WiFi 的干擾基本可以忽略不計(jì)。本文討論的重點(diǎn)在WiFi 對(duì)Zigbee 的影響上。

1.1 WiFi 對(duì)Zigbee 接收的影響

為了獲取WiFi 對(duì)Zigbee 的影響，分別測(cè)試了在WiFi 關(guān)閉 時(shí)，WiFi 工作在802.11b 模式以及WiFi 工作在802.11n（40 MHz）模式下，Zigbee 各個(gè)信道的接收靈敏度，所得結(jié)果如圖1 所示。圖1中WiFi 選擇的是中間信道ch6，同時(shí)為了便于說(shuō)明問(wèn)題，接收靈敏度數(shù)值均取了絕對(duì)值。

從圖1 可以看到，當(dāng)WiFi 關(guān)閉時(shí)，Zigbee 的接收靈敏度絕對(duì)值接近100 左右。WiFi 打開(kāi)后，在802.11b 模式和802.11n 模式下，Zigbee 的接收靈教度絕對(duì)值在50 到95 之間變化，與原值差距較大。這表示W(wǎng)iFi 對(duì)Zigbee 的影響是比較大的，尤其是在WiFi 802.11n 40 MHz 帶寬情況下，對(duì)Zigbee 的接收指標(biāo)影響更大，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致Zigbee 無(wú)法正常工作。

從圖1 還可以看出，無(wú)論是WIFi 802.11b，還是802.11n，ch6 對(duì)Zigbee 中間信道的影響比邊緣信道都要大，WiFi ch6 的中心頻點(diǎn)是2 437 MHz，Zigbee 中間信道（ch18）的中心頻點(diǎn)是2 440 MHz，二者幾乎重合[3]。

1.2 WiFi 信道對(duì)Zigbee 的影響

基于圖1 的基礎(chǔ)，分別測(cè)試了WiFi 在802.11b模式下，ch1 到ch13 信道工作時(shí)，Zigbee 的信道ch11，ch18 和ch26 的接收靈敏度，結(jié)果如圖2 所示。

圖1 WiFi 對(duì)Zigbee 的接收影響圖

從圖2 可以看到，Zigbee 低信道ch11 的靈敏度隨著WiFi ch1—ch13 增加，Zigbee 中信道ch18的靈敏度隨著WiFi ch1—ch13 的靈敏度先降低后增加，Zigbee 高信道ch26 的接收靈敏度隨著WiFi ch1—ch13 降低。

圖2 WiFi 信道對(duì)Zigbee 信道影響圖

這個(gè)數(shù)值可以進(jìn)一步說(shuō)明，WiFi 和Zigbee 兩者信道距離越近，干擾就越大。換句話說(shuō)，隨著Zigbee 和WiFi 拉遠(yuǎn)，影響也會(huì)變小。

基于這個(gè)結(jié)論，可以考慮通過(guò)信道避讓的方法來(lái)改善二者之間的干擾。這種方法稱為動(dòng)態(tài)信道調(diào)整。

1.3 WiFi 速率及信號(hào)強(qiáng)度的影響

在用戶實(shí)際使用中，WiFi 通常是有速度的，且自身的信號(hào)強(qiáng)度也是有差異的。這兩個(gè)因素也會(huì)影響Zigbee 的使用。這種影響可以用Zigbee 收包成功率這個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量。本文具體測(cè)試了WiFi ch1時(shí)不同速率以及不同信號(hào)強(qiáng)度下Zigbee 的收包成功率，結(jié)果分別如圖3、圖4 所示。

圖3 WiFi 速率影響

從上述結(jié)果來(lái)看，WiFi 速率和WiFi 的信號(hào)強(qiáng)度，對(duì)Zigbee 收包率影響都比較大。WiFi 速率為50 Mb·s-1時(shí)，Zigbee 的收包成功率不足20%，WiFi信號(hào)強(qiáng)度較弱時(shí)，Zigbee 收包成功率有大幅提高。

基于這種數(shù)據(jù)，可以考慮在實(shí)際使用時(shí)，通過(guò)限制WiFi 最高速率以及壓低信號(hào)強(qiáng)度的方式，來(lái)減小WiFi 對(duì)Zigbee 的影響。但是很明顯，這種限制會(huì)影響WiFi 的性能，降低WIFi 的使用體驗(yàn)，所以也需要盡量避免。為了解決這種矛盾，考慮到Zigbee 通常數(shù)據(jù)量不大，時(shí)效要求也不是很高，為了不影響WiFi 的體驗(yàn)，經(jīng)過(guò)處理可以做到在Zigbee有數(shù)據(jù)產(chǎn)生的情況下限制WiFi 速率或者強(qiáng)度，Zigbee 沒(méi)有數(shù)據(jù)時(shí)不進(jìn)行限制。

2 整體解決方案綜述

根據(jù)上述大量測(cè)試結(jié)果，對(duì)于集2.4 GHz WiFi和Zigbee 于一體的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，在降低二者互擾的問(wèn)題上，可以采用的方法步驟如下。

首先是盡量增大二者的隔離度，從外在條件上避免干擾，這也是最有效的方法。例如，在類似圖5造型的網(wǎng)關(guān)設(shè)備中，在單板上保證將WiFi 和Zigbee距離最遠(yuǎn)，同時(shí)盡量拉遠(yuǎn)二者之間的天線距離，減少板上干擾和空間干擾[4]。

圖5 網(wǎng)關(guān)設(shè)備的造型示例

其次是從軟件上盡量減少WiFi 對(duì)Zigbee 的影響。需要說(shuō)明的是，這些方法都會(huì)部分犧牲WiFi或者Zigbee 的性能，主要包括：

（1）動(dòng)態(tài)信道調(diào)整，根據(jù)測(cè)試接收靈教度，大致摸出信道規(guī)避算法，一般情況下，先確定WiFi 的信道，再根據(jù)此算法選擇相應(yīng)的Zigbee 信道；

（2）動(dòng)態(tài)調(diào)整WiFi 速率和功率，根據(jù)Zigbee 工作的時(shí)間以及信號(hào)強(qiáng)度，調(diào)整WiFi 的最高速率和發(fā)射功率。

最后，對(duì)于這種同頻互擾，也可以仿照藍(lán)牙和WiFi 的共存機(jī)制，在底層進(jìn)行分時(shí)處理，即當(dāng)Zigbee 有數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候，讓W(xué)iFi 暫停發(fā)送，Zigbee 傳輸完畢后，WiFi 繼續(xù)傳輸。這種機(jī)制在一些芯片中已經(jīng)集成，從原理上來(lái)說(shuō)，這個(gè)機(jī)制也會(huì)降低WiFi 的傳輸速率，只是Zigbee 所占時(shí)隙比較短且在底層處理，對(duì)用戶的影響不大[5]。還需要說(shuō)明的是，這種機(jī)制僅在Zigbee 網(wǎng)關(guān)發(fā)送鏈路中起到很大作用，能夠保證信息順利到達(dá)，但對(duì)于接收，還是不能從根上解決，文中提到的方法和預(yù)防措施也是有意義的。

3 結(jié) 語(yǔ)

Zigbee 和WiFi 兩種無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用滿足了人們生活的不同需求，但相互間的干擾抑制了兩種設(shè)備同時(shí)應(yīng)用的發(fā)展空間，因此控制干擾有著重要的意義。隨著共存解決辦法的提出，相信不久的將來(lái)，人們可以自由地同時(shí)享用兩種無(wú)線技術(shù)帶來(lái)的便利。