2.4G最优信道算法

Posted on 2024-12-13 Edited on 2024-12-16 In Wi-Fi Views:

由于环境中存在不同的无线路由器发出的AP射频信号，导致设备在使用信道时，就必须关注哪个信道干扰最小。对于WiFi、蓝牙、Zigbee设备都是工作相同的频段，所以一定存在干扰问题，如何避免或减少干扰就是一个难题。

频段

IEEE 802.11 为 ISM提供了免执照的 2.4G 频段，频率范围：2400 ~ 2483.5 MHz。

2.4GHz为各国共同的ISM频段，因此无线局域网（IEEE 802.11b/IEEE 802.11g）、蓝牙、ZigBee等无线网络，均可工作在2.4GHz频段上。

ISM频段：Industrial Scientific Medical Band，ISM频段就是各国挪出某一段频段主要开放给工业，科学和医学机构使用。应用这些频段无需许可证或费用，只需要遵守一定的发射功率（一般低于1W），并且不要对其它频段造成干扰即可。

Wi-Fi 频段

在 802.11 b/g/n 模式下，信道带宽通常为 20MHz（其实也有40MHz），而且通道之间预留了 2MHz 的保护带宽，信道中心频率 f=2412+(k-1)*5 MHz, k=1,…,14。因此，当同一无线空域内有两个发射器时，相邻信道就可能发生频率重叠。

除了 13 和 14 信道的中心频率间隔为 12 MHz，其他两个信道的间隔均为 5 MHz。

Wi-Fi设备通常工作在固定的某个Channel上，工作在同一个Channel上的设备采用竞争的方式来使用该Channel。某个Wi-Fi Channel里的Wi-Fi信号可能是断断续续的，也可能是一直被挤占的。

信道	频宽(MHz)	中心频率(MHz)	20 MHz
1	20	2412	2402~2422
2	20	2417	2407~2427
3	20	2422	2412~2432
4	20	2427	2417~2437
5	20	2432	2422~2442
6	20	2437	2427~2447
7	20	2442	2432~2452
8	20	2447	2437~2457
9	20	2452	2442~2462
10	20	2457	2447~2467
11	20	2462	2452~2472
12	20	2467	2457~2477
13	20	2472	2462~2482
14	20	2484	/

2.4G WiFi 信道分布图（带宽：20 MHz）

从图中可以看到：1、6、11信道没有频段重叠部分，因此一般推荐用户使用这三个信道。

Zigbee 频段

ZigBee 是一种基于IEEE 802.15.4 标准的无线通信技术，其工作频段和信道分配如下：

工作频段：

2.4 GHz频段：这是 ZigBee 最常用且 全球通用 的频段。在这个频段上，ZigBee定义了16个物理信道(Channel)，每个信道的带宽为 5MHz。
868 MHz频段：主要用于欧洲地区，该频段仅定义了一个物理信道。
915 MHz频段：主要用于美国和中国台湾地区，该频段定义了 10 个物理信道，每个信道的带宽为 2MHz。

工作信道：

2.4 GHz频段：在 2.4GHz 频段中，ZigBee 使用了 16 个无重叠的信道，这些信道分别是 Channel 11至Channel 26，每个信道的中心频率间隔为5MHz。
868 MHz频段：在这个频段中，只定义了一个信道。
915 MHz频段：在这个频段中，定义了 10 个信道，具体为 Channel 1 至 Channel 10，每个信道的中心频率间隔为2MHz。

信道	频宽(MHz)	中心频率(MHz)	5 MHz
11	5	2405	2402.5~2407.5
12	5	2410	2407.5~2412.5
13	5	2415	2412.5~2417.5
14	5	2420	2417.5~2422.5
15	5	2425	2422.5~2427.5
16	5	2430	2427.5~2432.5
17	5	2435	2432.5~2437.5
18	5	2440	2437.5~2442.5
19	5	2445	2442.5~2447.5
20	5	2450	2447.5~2452.5
21	5	2455	2452.5~2457.5
22	5	2460	2457.5~2462.5
23	5	2465	2462.5~2467.5
24	5	2470	2467.5~2472.5
25	5	2475	2472.5~2477.5
26	5	2480	2477.5~2482.5

注意：以上带宽是5MHz，且没有为信道提供保护带宽。

2.4 GHz Zigbee信道频谱：

在环境中存在 Wi-Fi 的情况下，Zigbee 工作就会收到干扰。

蓝牙频段

在经典蓝牙（BR/EDR）中，ISM频段被划分为79个1 MHz带宽的信道（从2402 MHz到2480 MHz），信道中心频率 f=2402+k MHz, k=0,…,78。

对于蓝牙低能耗（BLE, Bluetooth Low Energy）技术，频段同样是2.4 GHz ISM频段，但它仅使用了其中的40个信道，每个信道的带宽为2 MHz，信道中心频率 f=2402+k*2 MHz, k=0,…,39。BLE的信道划分是为了优化功耗和提高效率，同时保持与经典蓝牙技术的共存。对于信道的分配如下：

广播信道：3个，固定在37、38、39信道
数据信道：37个，自适应调频

无线数据：1Mbps、2Mbps

Bluetooth采用的是跳频技术，按照约定好的随机序列从一个Channel以每秒1600跳的频率到另一个Channel。Bluetooth设备在固定的时间里(625us)在一个Channel收发数据，接着跳到另一个Channel，这里可能会用到所有的Bluetooth Channel。
显然，从上面Wi-Fi和Bluetooth的技术实现来看，相邻的Wi-Fi和Bluetooth设备有可能会出现信号重叠情况，也就是说可能会出现干扰。
由于Bluetooth使用跳频技术，它的信号并不会长时间停留在某个Wi-Fi Channel内，因此这里的相互影响并不会持续很久。
另外，Bluetooth还提供AFH (Adaptive Frequency Hopping，自适应跳频)技术，当某些Bluetooth Channel在一定时间内受到的干扰比较严重时，它可能会把这些Channel剔出跳频序列。