每一种标准2.4GHz联网技能都进行了必要的规划折衷来减小搅扰的影响或彻底防止搅扰。规划者可经过以下办法将其体系规划成具有频率捷变性，即：运用由正在施行的标准所供给的进程、或选用本文所说到的办法并结合比如RSSI的无线电特性来构建其自己的协议等，经过这些办法可使产品在当时恶劣的2.4GHz ISM频段环境下杰出地作业。
跟着越来越多的公司出产运用2.4GHz ISM频段的产品，规划人员有必要处理来自其他来历的更多信号。办理免答应频段的规章标明，您的设备有必要考虑搅扰问题。
规划人员怎么使处于这种严苛条件下的2.4-GHz处理计划取得最大功能呢？产品往往在受控的实验室环境下作业得很好，但在现场却会因为遭到其它2.4GHz处理计划的影响而使功能明显下降。以现有的标准，如Wi-Fi、蓝牙及ZigBee等，绝大大都产品是以标准制定者所供给的办法来完成。但假如规划人员操控协议时，则存在一些可将外来搅扰减至最小的办法和进程。
2.4GHz联网技能原理剖析
1．Wi-Fi体系
跳频扩频(FHSS)与直接序列扩频(DSSS)是两种用于免答应2.4GHz ISM频段中射频调制的办法。蓝牙选用FHSS，而无线USB 802.11b/g/a(常称为Wi-Fi)及802.15.4(当与顶部联网层结合时称为ZigBee)则选用DSSS。一切这些技能都作业于全球通用的ISM频段(即2.400-2.483 GHz)。
图1：作业于2.4GHz IFM频段无线体系的信号比较。
选用Wi-Fi的首要推进要素是数据吞吐量。Wi-Fi一般用来将核算机与本地局域网相连(以及直接与互联网相连)。现在大大都Wi-Fi设备为可每天充电的笔记本电脑或用市电供电的接入点，因而对供电问题并不灵敏。
Wi-Fi选用DSSS，其每信道带宽为22MHz，故答应一起选用三个分布式信道而不会相互堆叠。每个Wi-Fi接入点所运用的信道均需人工装备，Wi-Fi客户会查找可用接入点的一切信道。
802.11选用一种称为巴克码的11位伪随机噪声(PN)编码来对每一原始数据速率为1及2Mbps的信息位进行编码。为到达更高的数据速率，802.11b运用补码键控(CCK)将6个信息位编码为8码片符号。
这种CCK算法可运用64个符号，要求每一个802.11b无线电均含有64个独自的相关器(即用于将符号转换为信息位的器材)，这尽管会添加无线电的本钱与复杂性，但可将数据速率进步至11Mbps。
2．蓝牙体系
蓝牙技能则侧重于蜂窝手机、无绳电话与PDA之间的互操作性。大大都蓝牙设备均可定时充电。
蓝牙选用FHSS并将2.4GHz ISM频段划分红79个1MHz的信道。蓝牙设备以伪随机码办法在这79个信道间每秒钟跳1,600次。所衔接蓝牙设备被分组到称为微网的网络中：每一个微网均包括一个主设备及七个从设备。每个微网的信道跳频序列源于主设备的时钟。一切从设备均有必要坚持与此刻钟同步。
经过将数据包头中的每一位发送三次，可对一切数据包头履行前向纠错(FEC)。亦可将汉明码用于某类数据包数据载荷的前向纠错。汉明码虽会对每一个数据包带来50%的开支，但能纠正一切单个15位码字(每个15位码字包括10位信息)中一切一位过错并检测两位过错。
3．无线USB
无线USB被规划成核算机输入设备(鼠标、键盘等)衔接电缆的封杀者，且其方针还瞄准无线传感器商场。无线USB设备无需定时充电，被规划成可运用碱性电池作业数月。
无线USB选用相似于蓝牙的无线电信号，可是选用了DSSS而不是FHSS。每一个无线USB信道宽1MHz，故答应无线USB像蓝牙那样将2.4GHz ISM频段切割成为79个1MHz信道。无线USB设备具有频率捷变特性，换言之，它们虽选用“固定”信道，但假如开端信道的链路质量变得不抱负，则会动态地改动信道。
无线USB选用伪随机噪声(PN)码来编码每一个信息位。大大都无线USB体系都运用32码片PN编码，以便在每一个32码片符号中编码两位信息位。这种计划可纠正3个码片过错(每符号)，并能检测10个码片过错(每符号)。尽管选用32码片(有时乃至是64码片)PN编码会将无线USB的数据速率约束在62.5kbps上，但其数据完整性则要远高于蓝牙，尤其在噪声环境下。
4．ZigBee体系
ZigBee被规划成为一种用于传感器及操控网络的标准化处理计划。大大都ZigBee设备都对功率十分灵敏(温度调节器、安全传感器等)，其电池寿数能够年来核算。
ZigBee可选用868MHz频段(欧洲)、915MHz频段(北美)及2.4GHz ISM频段(全球)中的DSSS无线电信号。在2.4GHz ISM频段中界说了16个信道，每一信道宽3MHz，信道中心距离为5MHz，使相邻信道间留有2MHz的频率距离。
ZigBee选用32码片PN码，将4个信息位编码到每一个符号中，使其具有250Kbps的最高数据速率。其物理及MAC层由IEEE 802.15.4作业组界说，并具有许多与IEEE 802.11b标准相同的规划特征。
5．2.4GHz无绳电话
图2：无线USB规划的频率捷变示意图。
2.4GHz无绳电话在北美越来越盛行，且不选用标准联网技能。尽管有些无绳电话选用DSSS，但大都选用FHSS。选用DSSS及其他固定信道算法的无绳电话一般在电话上装有“信道”按键，运用户能手动改动信道。FHSS电话则没有“信道”按键，因为它们常常改动信道。大大都2.4GHz无绳电话均选用5至10MHz的信道宽度。
防止抵触的技能
除了解每一项技能的作业原理外，了解上述技能在同构及异构环境下的相互作用也很重要。
Wi-Fi免抵触法在发射前侦听“安静”的信道，这使得多个Wi-Fi客户能有用地与单个Wi-Fi接入点通讯。假如Wi-Fi信道噪声很大，则Wi-Fi设备在又一次倾听信道前会进行随机退避。假如信道仍有噪声，则会重复此进程直至信道安静停止。一旦信道变得安静，Wi-Fi设备即会开端发射。假如信道永久喧闹，则Wi-Fi设备会查找另条信道上的其他可用接入点。
因为有免抵触算法，故选用相同或堆叠信道的Wi-Fi网络可同处，但每一网络的吞吐量会有所下降。假如在同一地域运用多个网络，则最好能运用非堆叠信号，如信道1、6及11等。这能进步每个网络的吞吐量，因为无需与其他网络共用带宽。
因为蓝牙发送的跳频特性，故来自蓝牙的搅扰很小。假如蓝牙设备在一个与Wi-Fi信道堆叠的频率上发送，而Wi-Fi设备此刻正在进行“发送前侦听”，则Wi-Fi设备会履行随机退避，在这期间，蓝牙设备会跳转到一个非堆叠的信道，以答应Wi-Fi设备可开端发送。
即便无绳电话选用FHSS而不是DSSS，2.4GHz无绳电话宣布的搅扰也可彻底中止一个Wi-Fi网络的作业。这部分是因为与蓝牙(1MHz)相比它占用更宽的信道(5-10MHz)，以及无绳电话信号具有更高的功率。跳转到Wi-Fi信道中心的FHSS无绳电话或许会损坏Wi-Fi发送，然后导致Wi-Fi设备需求重复发送。2.4GHz FHSS无绳电话很或许会搅扰附近的一切Wi-Fi设备。故主张在Wi-Fi网络以外运用这些电话。假如无绳电话选用DSSS，则可将无绳电话与Wi-Fi接入点所运用的信道装备成互不堆叠，以消除搅扰。
处理蓝牙的搅扰
在蓝牙中，来自其他蓝牙微网的搅扰很小，因为每个微网都运用它自己的伪随机跳频计划。假如两个同处微网被激活，则发生抵触的概率为1/79。抵触的概率随同处有用微网的数量线性添加。
蓝牙开端依托其跳频算法来处理搅扰，但人们意识到单个有用Wi-Fi网可对25%的蓝牙信道形成严峻的搅扰。因为信道重迭而引起的数据包丢掉有必要在安静的信道上重传，因而会大大下降蓝牙设备的吞吐量。
1.2版蓝牙标准经过界说一种自适应跳频(AFH)算法来处理此问题。该算法答应蓝牙设备将信道别离标记为好、坏及不知道，然后再经过一个查找表来用好信道替换跳频形式中的坏信道。蓝牙主设备可经过定时侦听坏信道来确认搅扰是否消失。假如搅扰消失，则将信道标记为好信道并将其从查找表中删去。当蓝牙主设备查询从设备时，后者也可向主设备发送一个陈述来向主设备布告其对信道质量的点评。例如，从设备或许能够侦听到一个Wi-Fi网络，而主设备却不能。联邦通讯委员会(FCC)要求至少运用15个不同的信道。
AFH算法使蓝牙设备能防止运用被Wi-Fi网络及无线USB等DSSS体系所占用的信道。2.4GHz FHSS无绳电话仍或许搅扰蓝牙设备，因为这两种体系均在整个2.4GHz ISM频段上以跳频办法作业。但因为蓝牙信号只要1MHz宽，故FHSS无绳电话与蓝牙信号之间的频率抵触远小于Wi-Fi与FHSS无绳电话之间的频率抵触。
蓝牙还具有三种不同的数据包长度，在给定信道上表现为具有不同的驻留时刻。蓝牙还具有一个经过减小数据包长度以进步数据吞吐量可靠性的选项。在这种状况下，最好是使较小数据包以较低的速率经过，这比以正常速率会丢掉较大的数据包更为可取。
处理无线USB、ZigBee的搅扰
在无线USB中，每个网络在挑选信道前均查看其他无线USB网络，故可削减来自其他无线USB网络的搅扰。无线USB至少每50毫秒查看一次信道的噪声水平。Wi-Fi设备的搅扰会引起接连的高噪声数据读取，然后迫使无线USB主设备挑选一个新信道。无线USB可与多个Wi-Fi网络和平同处，因为无线USB能找到Wi-Fi网络中的安静信道(见图2)。
蓝牙的搅扰或许会引起无线USB数据包的重传。因为蓝牙的跳频天分，无线USB数据包的重传不会与下一次蓝牙传输发生抵触，因为蓝牙设备会跳到另一个信道上。蓝牙网络不会形成满足接连高的噪声电平来迫使无线USB主设备改动信道。
ZigBee规则了一种相似802.11b的免抵触算法；每个设备在发送数据之前侦听信道，以减小ZigBee设备之间的频率抵触。在严峻搅扰期间，ZigBee不改动信道；相反，它依托其低占空比及免抵触算法来减小因为传输抵触所形成的数据丢掉。假如ZigBee运用的信道与一个频频运用的Wi-Fi信道相堆叠，则现场实验标明，有多达20%的ZigBee数据包会因为包抵触而重传。
弥补办法
在开发蓝牙、Wi-Fi或ZigBee时，规划者可运用标准中所供给的办法。而当开发一种根据802.15.4、无线USB和其他2.4GHz无线电的专用体系时，规划者无需运用高档东西即可取得频率捷变性。
因为存在与其他DSSS体系相堆叠的危险，故DSSS体系最或许发生数据丢掉。但DSSS体系可选用一些补救办法来取得FHSS体系的频率捷变，其间一种办法就是网络监督。假如DSSS体系运用轮询协议(其间所希望数据包以规则距离呈现)，则在必定数量的发送测验失利或接纳到过错数据包今后，主设备可切换信道。
另一种办法是读取空中传输信号的功率电平(假如无线电设备具有这种才能)。可运用接纳信道强度目标(RSSI)来预先丈量空中传输信道的功率，假如功率电平在一段时刻内过高，则会切换到另一个更洁净的信道上。之所以考虑这一段时刻是为了在FHSS体系经过的状况下不改动信道。
网络监督与RSSI读数办法假定了无线电均为可发送及接纳数据包的收发器。在一个一端是收发器而另一端是接纳器的DSSS体系中，可选用多发送的办法来取得频率捷变性。发送器运用多个频率来发送相同的数据包，接纳器则以十分低的速率在接纳信道间循环接纳。当接纳器衔接到电源上以及当电池供电发送器运用不频频时，这种体系是可行的。无线遥控可选用此种办法。
作者：Ryan Winfield Wooding
体系工程师
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Mark Gerrior
首席软件工程师
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Cypress半导体公司消费与核算产品部
