ZigBee信道和传输速率简介

天线对于无线通信系统来说至关重要，在日常生活中可以看到各式各样的天线，如手机天线、电视接收天线等，天线的主要功能可以概括为：完成无线电波的发射与接收。发射时，把高频电流转换为电磁波发射出去；接收时，将电磁波转换为高频电流。

一般情况下，不同的电波具有不用的频谱，无线通信系统的频谱有几十兆赫兹到几千兆赫兹，包括了收音机、手机、卫星电视等使用的波段，这些电波都使用空气作为传输介质，为了防止不同的应用之间相互干扰，就需要对无线通信系统的通信信道进行必要的管理。各个国家都有自己的无线电管理结构，如美国的联邦通信委员会（FCC）、欧洲的典型标准委员会（ETSI），我国的无线电管理机构称为中国无线电管理委员会，其主要职责是负责无线电频率的划分、分配与指配，负责卫星轨道位置的协调和管理，负责无线电监测、检测、干扰查处，协调处理电磁干扰事宜和维护空中电波秩序等。

通常，使用某一特定的频段需要得到无线电管理部门的许可，当然，各国的无线电管理部门也规定了一部分频段是对公众开放的，不需要许可即可使用，以满足不同的应用需求，这些频段包括ISM（Industrial、Scientific and Medical——工业、科学和医疗）频带。

除了ISM频带外，在我国，低于135 kHz的频带为免费频段。，在北美、日本等地则为低于400 kHz。各国对无线频谱的管理不仅规定了ISM频带的频率，同时也规定了在这些频带上所使用的发射功率，在项目开发过程中，需要查阅相关的手册，如我国信息产业部发布的《微功率（短距离）无线电设备管理规定》。

ZigBee兼容的产品工作在免费开放的ISM频段，分别为2.4 GHz（全球）、915 MHz（美国）和868 MHz（欧洲）。

采用ZigBee技术的产品可以在2.4 GHz上提供250 kb/s（16个信道）、在915 MHz提供40 kb/s（10个信道）和在868 MHz上提供20 kb/s（1个信道）的传输速率。传输范围依赖于输出功率和信道环境，为10～100 m，一般是30 m左右。具体分配见图4-1。

图4-1　ISM的信道分配图

这些信道的中心频率按如下定义（k为信道数）：(www.xing528.com)

Fc=868.3 MHz，（k=0）

Fc=906 MHz+2（k-1）MHz，（k=1，2……10）

Fc=2405 MHz+5（k-11）MHz，（k=11，12……26）

由于ZigBee使用的是开放频段，已有多种无线通信技术使用。因此为避免被干扰，各个频段均采用直接序列扩频技术。

其中在2.4 GHz的物理层，数据传输速率为250 kb/s；在915 MHz的物理层，数据传输速率为40 kb/s；在868 MHz的物理层，数据传输速率为20 kb/s。在这3个不同频段，都采用相位调制技术，2.4 GHz频段采用较高阶的QPSK调制技术以达到250 kb/s的速率，并降低工作时间，以减少功率消耗。而在915 MHz频段和868 MHz频段，则采用BPSK的调制技术。相比较2.4 GHz频段，900 MHz频段为低频频段，无线传播的损失较少，传输距离较长，其次此频段过去主要是室内无绳电话使用的频段，现在因室内无绳电话转到2.4 GHz频段，干扰反而比较少。

一个IEEE 802.15.4可以根据ISM频段、可用性、拥挤状况和数据速率在27个信道中选择一个工作信道。从能量和成本效率来看，不同的数据速率能为不同的应用提供较好的选择。例如，对于有些计算机外围设备与互动式玩具，可能需要250 kb/s速率，而对于其他许多应用，如各种传感器、智能标记和家用电器等，20 kb/s这样的低速率就能满足要求。