Стандарт IEEE 802.15.4b a/b/g (ZigBee)

Стандарт IEEE 802.15.4, известный также как ZigBee, является низкоскоростным стандартом связи, предназначеным для обеспечения маломощной связи малого радиуса действия между беспроводными устройствами. Кроме того, радиооборудование ZigBee должно обладать чрезвычайно малым энергопотреблением, и работать годами без замены источников электропитания.
Увеличение потребностей в беспроводных системах для приложений измерения и мониторинга, привели к высокому спросу на маломощные автономные устройства. Стандарт входит в класс беспроводных персональных сетей WPAN (Wireless Personal Area Network), к которым относится также стандарт IEEE 802.15.3 (Bluetooth). Радиооборудование ZigBee может использоваться для решения самых разнообразных задач, таких как взаимодействие с различными датчиками контроля и системами управления в инженерных системах жилых и производственных помещений зданий, управление освещением и температурным режимом домов, работа в сенсорных сетях.
Оборудование стандарта EEE 802.15.4b может работать в трех частотных диапазонах: 868 МГц в Европе, 915 МГц в США и 2,4 ГГц во всем мире. В диапазонах 868 МГц и 915 МГц полосы используются три дополнительных схемы модуляции: двоичная фазовая манипуляция BPSK, квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом OQPSK и технология расширения спектра методом параллельных последовательностей (Parallel Sequence Spread Spectrum, PSSS), что показано в таблице
.

В зависимости от схемы модуляции радиооборудование может поддерживать различные скорости передачи данных: 250 Кбит на частоте 2,4 ГГц, от 20 кбит до 250 кбит на частоте 868 МГц и от 40 Кбит до 250 Кбит в диапазоне 915 МГц. На рисунке ниже показано распределение каналов в соответствии со стандартом IEEE 802.15.4b, в соответствии с которым в диапазоне 868 МГц организуется только один канал, 10 каналов на 915 МГц и 16 каналов на 2,4 ГГц. Центральные частоты этих каналов fc определяются следующим образом:
fc = 868,3 [МГц], k = 0;
fc = 906+2(k-1) [МГц], k = 1, 2,…, 10;
fc = 2405+5(k-11) [МГц], k = 11, 12,…, 26,
где k — номер канала.



Рис. 1. Распределение каналов в стандарте IEEE 802.15.4b


Радиооборудование ZigBee относится к классу так называемых приемопередатчиков со сверхмалым потреблением (Ultra-Low-Power RF Transceivers). РЧ блоки ZigBee оборудования, как правило, выполняются с использованием супергетеродинной I/Q архитектуры, архитектуры с низкой промежуточной частотой (low-IF), или архитектуры с прямым преобразованием.
Точность модуляции в ZigBee можно охарактеризовать величиной вектора ошибки EVM. Как указано в стандарте IEEE 802.15.4b, в передатчике сигнал должен формироваться со значением вектора ошибки EVM, составляющим менее 35 процентов, при его измерении на протяжении 1000 чипов. Стандарт ZigBee требует, чтобы мощность модулированного сигнала при передаче была не менее -3 дБм при ограничении региональными нормативнымм требованиями. Однако более предпочтительной является мощность передатчика 0 дБм. При мощности передатчика 0 дБм, типовое рабочее расстояние радиооборудования ZigBee составляет 10-20 м.
Требуемая чувствительность тракта приема определяется как минимальная мощность сигнала на входе приемника, которая дает менее 1 процента пакетных ошибок PER (Packet Error Rate). Стандарт ZigBee требует, чтобы минимальная чувствительность была -92 дБм для 868/915 МГц при использовании BPSK, и -85 дБм для OQPSK и PSSS схем модуляции. В диапазоне 2,4 ГГц чувствительность составляет -85 дБм. Приемники ZigBee должны иметь возможность обрабатывать входной сигнал с уровнем до -20 дБм для всех случаев.


Материалы сайта ZigBee Alliance. http://www.zigbee.org/
Стандарты ZigBee Alliance: http://www.zigbee.org/Standards/Downloads.aspx
ZigBee Alliance. ZigBee Specification 053474r17, 2007.
ZigBee Alliance. ZigBee RF4CE Specification 094945r00ZB, 1.0 edn., 2009.