基于ZigBee技術(shù)的紅外人體探測(cè)系統(tǒng)測(cè)試
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2．2．2 結(jié)果分析
測(cè)試中只有距離和功率的變化，我們知道無(wú)線信號(hào)在自由空間傳輸過(guò)程中隨著傳播距離的增大而產(chǎn)生一定的衰減，稱為信道衰減。根據(jù)Friis自由空間方程(Friis Free-space Equation)，則協(xié)調(diào)器距終端節(jié)點(diǎn)的距離為d(d>d0)的接收信號(hào)功率表達(dá)式為：
式(1)中Ptx為發(fā)送功率，Gt和Gr分別為終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的天線增益(Anterma Gains)，d0稱為遠(yuǎn)場(chǎng)距離，是一個(gè)取決于天線技術(shù)的參數(shù)距離，d是終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器之間的距離，λ為信號(hào)的波長(zhǎng)，L表示從發(fā)射到接收的損失。對(duì)于非自由空間的信號(hào)傳播，接收信號(hào)的功率表達(dá)式為：
式(2)中r是信道損失指數(shù)(Path-loss Exponent)，其取值在2～6之間。信道損失定義為信號(hào)的發(fā)射功率與接收功率的比值，即Ptx／Pr-cvd(d)，上式也可以改寫為對(duì)數(shù)形式：
式(3)稱為對(duì)數(shù)距離信道損失，PL(d0)是在已知參考點(diǎn)的信道損失。
2．2．3 改進(jìn)方法
從式(1)、式(2)以及式(3)可以看出，接收信號(hào)的功率與信號(hào)的傳播距離有關(guān)，如果增大接收信號(hào)的功率，則信號(hào)的發(fā)送功率必須呈指數(shù)狀增大。通常情況下，協(xié)調(diào)器的誤碼率是接收信號(hào)功率Pr的單調(diào)減函數(shù)。因此，要減小協(xié)調(diào)器的誤碼率就必須增大信號(hào)的發(fā)送功率，如在發(fā)射器的輸出端和發(fā)射天線之間增加一個(gè)功率放大器，或者減小信號(hào)的傳輸距離。城市戰(zhàn)應(yīng)用中，通常使用電池供電，在電源不變的情況下天線增益和方向性是其兩個(gè)重要的參數(shù)，可提高天線功率放大倍數(shù)。實(shí)戰(zhàn)中協(xié)調(diào)器、路由節(jié)點(diǎn)可加裝全向天線，擴(kuò)大信號(hào)接收范圍；終端節(jié)點(diǎn)加裝定向天線，減少信道損失。從而增大信號(hào)接收發(fā)送的距離。
2．3 同頻干擾測(cè)試
2．3．1 測(cè)試過(guò)程
城市戰(zhàn)中雷達(dá)、無(wú)線電臺(tái)頻段一般不使用通用的2．4 GHz。ZigBee技術(shù)的抗干擾測(cè)試主要針對(duì)同頻干擾，即來(lái)自共用相同頻段的其他技術(shù)的干擾。現(xiàn)代城市生活中，藍(lán)牙、Wi-Fi、無(wú)線USB(WirelessUSB)、無(wú)繩電話和微波爐廣泛使用，可能對(duì)ZigBee造成同頻干擾。因此在距離測(cè)試的基礎(chǔ)上，分別選用藍(lán)牙手機(jī)、無(wú)線路由器、無(wú)線USB、無(wú)繩電話和微波爐在工作狀態(tài)下，對(duì)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行干擾。不同距離上分別進(jìn)行10次測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如表2所示?？梢钥闯鰺o(wú)繩電話、微波爐兩個(gè)大功率設(shè)備對(duì)ZigBee的干擾性較大，其他設(shè)備對(duì)其干擾不明顯。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/155725.htm
2．3．2 結(jié)果分析
城市生活中，用于無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)(Wireless Personal Area Network，WPAN)范圍的短距離無(wú)線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)得到了迅猛發(fā)展，2．4 GHz(2．4～2．483 GHz)ISM頻段日益擁擠。各種信號(hào)帶寬如圖2所示。
ZigBee在2．4 GHz頻段內(nèi)具備強(qiáng)抗干擾能力，并不會(huì)對(duì)其他設(shè)備的工作造成威脅。具體分析如下：
1)ZigBee與藍(lán)牙共存戰(zhàn)場(chǎng)紅外人體探測(cè)系統(tǒng)中同時(shí)使用了ZigBee和藍(lán)牙技術(shù)，藍(lán)牙采用FHSS并將2．4 GHzISM頻段劃分成79個(gè)1 MHz的信道，藍(lán)牙設(shè)備以偽隨機(jī)碼方式在這79個(gè)信道間每秒鐘跳1 600次。ZigBee系統(tǒng)是非跳頻系統(tǒng)，所以藍(lán)牙在79次通信中才有1次會(huì)和ZigBee的通信頻率產(chǎn)生重疊，且將會(huì)迅速跳至另一個(gè)頻率。而ZigBee對(duì)藍(lán)牙系統(tǒng)的影響可以忽略不計(jì)。
2)ZigBee與Wi-Fi共存 Wi-Fi主要是針對(duì)高速率數(shù)據(jù)傳輸和無(wú)線接入局域網(wǎng)，與ZigBee技術(shù)面向的是完全不同的兩個(gè)領(lǐng)域。由于ZigBee信號(hào)帶寬只有3 MHz，相對(duì)于Wi-Fi的22 MHz帶寬屬于窄帶干擾源，通過(guò)擴(kuò)頻技術(shù)IEEE 802．11b可以充分地抑制干擾信號(hào)。ZigBee設(shè)備天線的輸出功率被限制在0 dBm (1mW)以下，相對(duì)于IEEE802．11b的20 dBm(100 mW)相差甚遠(yuǎn)，不足以構(gòu)成干擾威脅。
3)ZigBee與無(wú)線USB共存 每一個(gè)WirelessUSB信道寬1 MHz，將2．4．GHz ISM頻段分割成為79個(gè)1 MHz信道，具有頻率捷變特性，它們雖采用“固定”信道，但如果最初信道的鏈路質(zhì)量變得不理想，則會(huì)動(dòng)態(tài)地改變信道，為減少干擾，WimMssUSB至少每50 ms檢查一次信道的噪聲水平，如果和ZigBee信道重疊，WirelessUSB主設(shè)備可以選擇一個(gè)新信道，所以WirelessUSB完全可以和ZigBee系統(tǒng)和平共處。
4)ZigBee與無(wú)繩電話共存 2．4 GHz無(wú)繩電話不采用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，多數(shù)2．4 GHz無(wú)繩電話均采用5～10 MHz的信道寬度，所有無(wú)繩電話都會(huì)在ISM頻帶產(chǎn)生出相當(dāng)高的能量，所以它是許多RF系統(tǒng)的干擾源。如果無(wú)繩電話采用FHSS，因其占用更寬的信道(5～10 MHz)，具有更高的功率。它發(fā)出的干擾可完全中斷一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)的工作。如果無(wú)繩電話采用DSSS，則可將無(wú)繩電話與ZigBee系統(tǒng)所使用的信道配置成互不重疊，以消除干擾。
5)ZigBee與微波爐共存微波爐也是這個(gè)頻帶中最常見(jiàn)的干擾來(lái)源，而且是最難以預(yù)測(cè)和最分散的RF來(lái)源。每個(gè)微波爐輸出的能源強(qiáng)度不盡相同，且在頻帶上的分布狀況也不一樣，某些微波爐阻隔電磁波的設(shè)計(jì)會(huì)優(yōu)于其他幾種。實(shí)驗(yàn)證明微波爐和ZigBee設(shè)備距離小于1 m時(shí)，約0．5％～2％的ZigBee數(shù)據(jù)幀被破壞，但當(dāng)微波爐和ZigBee設(shè)備距離大于1 m時(shí)，微波爐的影響就基本不存在了。
2．3. 3 改進(jìn)方法
通常正確選擇信道，增大頻偏以及和干擾源保持一定距離，可以保證ZigBee和其他設(shè)備的共存。在應(yīng)用環(huán)境中盡量關(guān)閉或遠(yuǎn)離高頻大功率設(shè)備等干擾源。戰(zhàn)場(chǎng)中在敵方有意識(shí)的電子干擾情況下，可改變天線材質(zhì)和結(jié)構(gòu)，如采用高增益、方向性強(qiáng)的天線，或提高自身信號(hào)發(fā)射功率，改變自身信道。
2．4 探測(cè)靈敏度測(cè)試
2．4．1 測(cè)試過(guò)程
在抗干擾測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)紅外人體探測(cè)模塊的靈敏度進(jìn)了測(cè)試。為減少信號(hào)終端節(jié)點(diǎn)與協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)距離2 m，確保ZigBee信號(hào)穩(wěn)定傳送。系統(tǒng)加電后完成初始化組網(wǎng)過(guò)程，終端節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。由于人體紅外源受著裝影響，為盡可能貼近戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，測(cè)試者著迷彩服，在紅外人體探測(cè)模塊前以走和跑兩種戰(zhàn)術(shù)動(dòng)作移動(dòng)，分別進(jìn)行探測(cè)距離和探測(cè)角度測(cè)試。測(cè)試模擬場(chǎng)景如圖3所示，場(chǎng)地內(nèi)標(biāo)示出主要的距離和角度，距離測(cè)試以人體到達(dá)探測(cè)模塊正前方觸發(fā)信號(hào)的距離為準(zhǔn)。角度測(cè)試以人體剛進(jìn)入探測(cè)區(qū)域即觸發(fā)信號(hào)的角度為準(zhǔn)。在不同的探測(cè)距離上分別進(jìn)行了10次測(cè)試。
評(píng)論