(三)ZigBee物理層協議規範

2021-06-26 20:08:31 字數 2301 閱讀 7851

在不同的國家和地區,zigbee技術所允許使用的工作頻率是不同的,而對於不同的應用頻率範圍,其調製方式。傳輸速率均不同,眾所周知,藍芽技術在世界多數國家都採用統一的頻率範圍,其範圍為2.4ghz的ism頻段上,調製採用快速跳頻擴頻技術,而zigbee技術不同,對於不同的國家和地區,為其提供的工作頻率範圍是不同的,zigbee所使用的頻率範圍主要分為868/915mhz和2.4ghz ism頻段,各個具體的頻段的頻率範圍如下表所示:

由於各個國家的地區採用的工作頻率範圍不同,為提高資料傳輸速率,ieee802.15.4規範標準對於不同的頻率範圍,規定了不同的調製方式,因而在不同的頻率段上,其資料傳輸速率不同,具體調製和傳輸速率如下所示:

從上面可以看出zigbee使用了3個工作頻段,每乙個頻段寬度不同,其分配通道的個數也不相同,在ieee802.15.4規範標準定義了27個物理通道,通道編號從0到26,在不同的頻段其頻寬不同,其中2450mhz頻段定義了16個通道,915mhz頻段定義了10個通道,868mhz頻段定義了1個通道。這些通道的中心頻率定義如下:

zigbee物理層通過射頻韌體和射頻硬體提供了乙個從mac層以物理層無線通道的介面。在物理層中,包含乙個物理層管理實體(plme),該實體通過呼叫物理層的管理功能函式,為物理層管理服務提供其介面,同時,還負責維護由物理層所管理的目標資料庫,該資料庫包含有物理層個域網路的基本資訊。

zigbee物理層的結構及介面如下圖:

圖1 物理層結構模型

從圖中可以看出,在物理層中,存在有資料服務接入點和物理層實體服務接入點,通過這兩個服務接入點提供如下兩種服務,它們是:(1)通過物理層資料服務接入點(pd-sap)為物理層資料提供服務(2)通過物理層管理實體(plme)服務的接入點(plme-sap

)為物理層管理提供服務。

物理層的資料服務和管理服務都是通過各種的原語操作完成的,這裡就不介紹各種原語的用法和功能了。在以後用到時再結合的具體的例項。

zigbee

協議資料單元的結構

zigbee協議資料單元(ppdu)資料報的格式。在ppdu資料報結構中,最左邊的字段優先傳送和接收。在多個位元組的字段中,優先傳送或接收最低有效位元組,而在每乙個位元組中優先傳送最低有效位(lsb),同樣在物理層與mac層之間資料字段的傳送也遵循這一規則。每個ppdu資料報由以下幾個基本的部分組成:

ppdu資料報的格式如下圖所示:

ppdu 資料報的格式

1.前同步碼

收發機根據前同步碼引入的訊息,可獲得碼同步和符號同步的資訊,在802.15.4標準協議中,前同步碼由32個進製組成

2.幀定界符

幀定界符由乙個位元組組成,用來說明前同步碼的結構和資料報資料的開始。

3.幀長度

幀長度佔7個位元,它的值是psdu中包含的位元組數也即淨荷數,該值在0到amaxphypacketsize之間。

4.物理層服務資料單元psdu

物理層服務資料單元的長度是可以變化的,並且該欄位能夠攜帶物理層資料報的資料。如果資料報的長度型別為5個位元組或大於8個位元組,那麼,物理層服務資料單元攜帶mac層的幀資訊,即mac

層協議資料單元。

2.4ghz

頻帶的物理層規範

1.擴充套件調製

在2.4ghz物理層,zigbee技術採用16位準正交調製技術。在調製前,將資料訊號進行轉換處理,將資訊按每4位資訊位元進行處理,第4位資訊位元組成乙個符號資料,根據該符號資料,從16個幾乎正交的為隨機序列(pn序列)中,選取其中乙個序列作為傳送序列。根據所傳送連續的資料資訊,將所選出的pn序列串接起來,並使用o-qpsk的調製方法,將這些集合在一起的序列調製到載波上。

1)位元

-符號轉換器(

bit-to-symbol)

在對物理層協議資料單元進行調製前,必須對其所有的二進位制資料進行轉換處理。首先,必須將二進位制資料轉換成符號資料,其轉換過程如下所述。

將每個位元組按4位元位進行分解,將低4位轉換成乙個符號資料,高4位轉換成乙個符號資料,物理層協議資料單元的每個位元組都要逐個進行處理,即從它的前同步碼字段開始到它的最後乙個位元組。在每個位元組處理過程中,優先處理低4位,隨後處理高4位。

2)符號-碼片的對映(symbo-to-chip)

根據處理得到的符號資料,將其進行擴充套件,即每個符號資料對映成乙個32位的偽隨機序列(pn序列),這些pn序列通過迴圈移位或者相互結合(如奇數字取反)等相互關聯。

3)o-qpsk調製

擴充套件後的碼元序列通過採用半正弦脈衝形式的o-qpsk調製方法,將符號資料訊號調製到載波訊號上。其中,編碼為偶數的碼元調製到i相位的載波上,編碼為奇數的碼元,調製到q相位的載波上。每個符號資料由32碼元的序列來表示,所以,碼元速率是符號速率的32倍。為了使i相位的碼元要延遲t

c 秒傳送,t

c是碼元速率的倒數。

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