基于ZigBee技術(shù)的紅外人體探測系統測試
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2．2．2 結果分析
測試中只有距離和功率的變化，我們知道無(wú)線(xiàn)信號在自由空間傳輸過(guò)程中隨著(zhù)傳播距離的增大而產(chǎn)生一定的衰減，稱(chēng)為信道衰減。根據Friis自由空間方程(Friis Free-space Equation)，則協(xié)調器距終端節點(diǎn)的距離為d(d>d0)的接收信號功率表達式為：
式(1)中Ptx為發(fā)送功率，Gt和Gr分別為終端節點(diǎn)和協(xié)調器的天線(xiàn)增益(Anterma Gains)，d0稱(chēng)為遠場(chǎng)距離，是一個(gè)取決于天線(xiàn)技術(shù)的參數距離，d是終端節點(diǎn)與協(xié)調器之間的距離，λ為信號的波長(cháng)，L表示從發(fā)射到接收的損失。對于非自由空間的信號傳播，接收信號的功率表達式為：
式(2)中r是信道損失指數(Path-loss Exponent)，其取值在2～6之間。信道損失定義為信號的發(fā)射功率與接收功率的比值，即Ptx／Pr-cvd(d)，上式也可以改寫(xiě)為對數形式：
式(3)稱(chēng)為對數距離信道損失，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，接收信號的功率與信號的傳播距離有關(guān)，如果增大接收信號的功率，則信號的發(fā)送功率必須呈指數狀增大。通常情況下，協(xié)調器的誤碼率是接收信號功率Pr的單調減函數。因此，要減小協(xié)調器的誤碼率就必須增大信號的發(fā)送功率，如在發(fā)射器的輸出端和發(fā)射天線(xiàn)之間增加一個(gè)功率放大器，或者減小信號的傳輸距離。城市戰應用中，通常使用電池供電，在電源不變的情況下天線(xiàn)增益和方向性是其兩個(gè)重要的參數，可提高天線(xiàn)功率放大倍數。實(shí)戰中協(xié)調器、路由節點(diǎn)可加裝全向天線(xiàn)，擴大信號接收范圍；終端節點(diǎn)加裝定向天線(xiàn)，減少信道損失。從而增大信號接收發(fā)送的距離。
2．3 同頻干擾測試
2．3．1 測試過(guò)程
城市戰中雷達、無(wú)線(xiàn)電臺頻段一般不使用通用的2．4 GHz。ZigBee技術(shù)的抗干擾測試主要針對同頻干擾，即來(lái)自共用相同頻段的其他技術(shù)的干擾?，F代城市生活中，藍牙、Wi-Fi、無(wú)線(xiàn)USB(WirelessUSB)、無(wú)繩電話(huà)和微波爐廣泛使用，可能對ZigBee造成同頻干擾。因此在距離測試的基礎上，分別選用藍牙手機、無(wú)線(xiàn)路由器、無(wú)線(xiàn)USB、無(wú)繩電話(huà)和微波爐在工作狀態(tài)下，對協(xié)調器節點(diǎn)進(jìn)行干擾。不同距離上分別進(jìn)行10次測試。測試結果如表2所示?？梢钥闯鰺o(wú)繩電話(huà)、微波爐兩個(gè)大功率設備對ZigBee的干擾性較大，其他設備對其干擾不明顯。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/155725.htm
2．3．2 結果分析
城市生活中，用于無(wú)線(xiàn)個(gè)人區域網(wǎng)(Wireless Personal Area Network，WPAN)范圍的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)標準得到了迅猛發(fā)展，2．4 GHz(2．4～2．483 GHz)ISM頻段日益擁擠。各種信號帶寬如圖2所示。
ZigBee在2．4 GHz頻段內具備強抗干擾能力，并不會(huì )對其他設備的工作造成威脅。具體分析如下：
1)ZigBee與藍牙共存戰場(chǎng)紅外人體探測系統中同時(shí)使用了ZigBee和藍牙技術(shù)，藍牙采用FHSS并將2．4 GHzISM頻段劃分成79個(gè)1 MHz的信道，藍牙設備以偽隨機碼方式在這79個(gè)信道間每秒鐘跳1 600次。ZigBee系統是非跳頻系統，所以藍牙在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對藍牙系統的影響可以忽略不計。
2)ZigBee與Wi-Fi共存 Wi-Fi主要是針對高速率數據傳輸和無(wú)線(xiàn)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信號帶寬只有3 MHz，相對于Wi-Fi的22 MHz帶寬屬于窄帶干擾源，通過(guò)擴頻技術(shù)IEEE 802．11b可以充分地抑制干擾信號。ZigBee設備天線(xiàn)的輸出功率被限制在0 dBm (1mW)以下，相對于IEEE802．11b的20 dBm(100 mW)相差甚遠，不足以構成干擾威脅。
3)ZigBee與無(wú)線(xiàn)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主設備可以選擇一個(gè)新信道，所以WirelessUSB完全可以和ZigBee系統和平共處。
4)ZigBee與無(wú)繩電話(huà)共存 2．4 GHz無(wú)繩電話(huà)不采用標準聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，多數2．4 GHz無(wú)繩電話(huà)均采用5～10 MHz的信道寬度，所有無(wú)繩電話(huà)都會(huì )在ISM頻帶產(chǎn)生出相當高的能量，所以它是許多RF系統的干擾源。如果無(wú)繩電話(huà)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(huà)采用DSSS，則可將無(wú)繩電話(huà)與ZigBee系統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，而且是最難以預測和最分散的RF來(lái)源。每個(gè)微波爐輸出的能源強度不盡相同，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計會(huì )優(yōu)于其他幾種。實(shí)驗證明微波爐和ZigBee設備距離小于1 m時(shí)，約0．5％～2％的ZigBee數據幀被破壞，但當微波爐和ZigBee設備距離大于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和其他設備的共存。在應用環(huán)境中盡量關(guān)閉或遠離高頻大功率設備等干擾源。戰場(chǎng)中在敵方有意識的電子干擾情況下，可改變天線(xiàn)材質(zhì)和結構，如采用高增益、方向性強的天線(xiàn)，或提高自身信號發(fā)射功率，改變自身信道。
2．4 探測靈敏度測試
2．4．1 測試過(guò)程
在抗干擾測試的基礎上，對紅外人體探測模塊的靈敏度進(jìn)了測試。為減少信號終端節點(diǎn)與協(xié)調器節點(diǎn)距離2 m，確保ZigBee信號穩定傳送。系統加電后完成初始化組網(wǎng)過(guò)程，終端節點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。由于人體紅外源受著(zhù)裝影響，為盡可能貼近戰場(chǎng)環(huán)境，測試者著(zhù)迷彩服，在紅外人體探測模塊前以走和跑兩種戰術(shù)動(dòng)作移動(dòng)，分別進(jìn)行探測距離和探測角度測試。測試模擬場(chǎng)景如圖3所示，場(chǎng)地內標示出主要的距離和角度，距離測試以人體到達探測模塊正前方觸發(fā)信號的距離為準。角度測試以人體剛進(jìn)入探測區域即觸發(fā)信號的角度為準。在不同的探測距離上分別進(jìn)行了10次測試。
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