Zigbee和wifi信道重叠的一些认识

一、Zigbee联盟推荐的信道

      我们知道Wifi、Zigbee和蓝牙都是使用2.4G频段,那么这三种设备类别在同一空间通讯的话,会存在一定的同频干扰。为了降低Wifi信道与Zigbee信道的同频干扰问题,Zigbee联盟在《Zigbee Home Automation Public Application Profile》中推荐使用11,14,15,19,20,24,25这七个信道。


Zigbee和wifi信道重叠的一些认识_第1张图片
图1 Zigbee联盟推荐使用信道

 为什么是这七个信道呢?我来看一下Wifi信道的频谱与Zigbee信道频谱的重叠就知道了。Wifi常用是1,6,11,每个信道是22MHz的频谱带宽,那么对照zigbee信道的分布,可以发现14,15信道正好在Wifi信道的1,6信道的中间。这样就可以理解zigbee联盟推荐的信道的理由了。

下面两张图分别是Wifi和Zigbee的信道分布。


Zigbee和wifi信道重叠的一些认识_第2张图片
图2 Wifi 2.4GHz 频段分布


Zigbee和wifi信道重叠的一些认识_第3张图片
图3 Zigbee 2.4GHz 频段分布

二、现实使用中的问题

        以上分析的前提是基于Wifi信道采用20Mhz带宽的分析,Wifi信道1和信道6之间会有一定的频谱空隙,这样zigbee信道的14,15所受干扰较小,同理Wifi信道6和信道11之间,zigbee的19,20信道所受干扰较小。而Zigbee信道24,25是在Wifi 11信道之外,对于美国来说,Wifi信道只有1-11,那么zigbee信道24,25所有Wifi干扰也小,而我们国家Wifi信道是1-13,如果Wifi信道设置在12,13,那么zigbee的24,25信道也将受到同频干扰。

        目前大部分的路由器都使用802.11n技术,为了提供速度,使用了HT40技术来拓展频谱利用率。对于HT40技术,简单的讲就是将wifi相邻信道合并使用,即将频带宽度从20MHz扩展到40Mhz,通过提高所用频谱的宽度,直接提高无线数据的传输速率。需要注意的是:对于一条空间流,并不是仅仅将吞吐从72.2Mbps提高到144.4(即72.2*2)Mbps。对于20Mhz频宽,为了减少相邻信道的干扰,在其两侧预留了一小部分的带宽边界。而通过40Mhz绑定技术,这些预留的带宽也被用来通讯,可以将子载体从104提高到108,按照72.2*2*108/104进行计算,所得到的吞吐能力达到了150Mbps。再加上使用MIMO技术,采用2根天线的时候速率就提升到300Mbps了。从这里可以看到,如果使用40MHz带宽,那么Zigbee协议中使用的14,15,19,20信道就会受到影响。  

       在配置40MHz频率带宽时,有些路由器会有Plus和minus的配置。HT40将两个相邻的20MHz信道捆绑在一起形成一个40MHz的信道,一个是主,一个是辅。主信道发送beacon报文和部分数据报文,辅信道发送其它报文。若捆绑两个相邻信道的20MHz信道时,辅助20Mhz带宽的中心频率低于主信道的中心频率,则为plus,反之则为minus。这里的plus和minus都是针对主信道说的,所以802.11n/a_ht40plus代表40M频宽时的2个信道叠加向上加的叠加,例如当前信道是149,配成40M频宽需要叠加另外一个信道,就是149 153两个信道组成的40MHz频宽,149plus表示40MHz信道是由中心频率149所在的20MHz信道,加上中心频率153所在的20MHz信道捆绑结合,802.11n/a_ht40minus代表信道叠加时是向下减的叠加,例如配了这个,信道161,就等于是161 157组成了40M频宽的新信道。

三、本土 (中国) 的问题

Wifi(中国)最常用的信道是1、6、11,和Zigbee信道对比后发现,无重叠的部分可以是Wifi信道4个边角。

Wifi边界频点2.402Ghz偏左,对应Zigbee的11信道,频点2.405Ghz。

Wifi的3、4信道间,频点为2.422到2.427Ghz之间,对应Zigbee的15信道,频点2.425Ghz。

Wifi的8、9信道间,频点为2.447到2.452Ghz之间,对应Zigbee的20信道,频点2.450Ghz。

Wifi边界频点2.483Ghz偏右,对应Zigbee的26信道,频点2.480Ghz。

所以,要避免Zigbee收到Wifi的影响,最合理的信道要配置在11、15、20、26。根据频段越低,传输距离越远的道理,所以建议还是分配在11信道。


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图3 Zigbee 协议栈信道配置

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