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433MHz自组网和ZigBee的物理层(PHY)差异之一:接收灵敏度分析

作者:微网智控来源:原创网址:http://www.wiminet.cn

很多人都有过使用过ZigBee的经验,普遍反应ZigBee的通讯距离近,穿透力差,相反433MHz的自组网的通讯距离和穿透性好很多,这也是很多人转向Sub-GHz组网技术的主要动力之一,当然这是一个宏观的表现,那么在微观层面上,这两个频段到底有什么根本性的差异呢?

首先说说穿透性,依据德州仪器的实验,一堵普通的钢筋混凝土墙面对于500MHz的电磁波的衰减为21dB,但是对于2.4GHz的衰减则达到了32dB,整整多出来了11dB之多,按照电磁波的有关理论,6dB的衰减就是意味着通讯距离降低50%,12dB意味着在此基础上再降低50%,也就是通讯距离只有原来的1/4,因此可以看出2.4GHz的通讯穿透能力下降有多么的厉害!20170419-1.jpg

  影响通讯距离的还有一个重要因素,就是接收灵敏度。通常433MHz的通讯速率设置较低,多数设定在9.6Kbps附近,有一些特定的应用设定更低,在1.2Kbps附近,而ZigBee的通讯速率在设定在250Kbps,这个是非常高的速率了,因为了ZigBee要实现组建大网的要求,必然需要降低碰撞的概率,速率越高,数据报文在空中飞行的时间越短,碰撞的概率自然就下来了,因此ZigBee也是被逼无奈定在这么高的速率上,好在可以通过多跳的机制进行距离扩展。

那么到底通讯速率对于接受灵敏度有多大的影响呢?我们还是参考一份德州仪器的数据表来说明问题:

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从上述的数据表可以看出,在相同的载波速率下,2.4GHz的接收灵明度比Sub-GHz的要高出14dB甚至更多,同样按照前述的电磁波有关理论,通讯距离至少下降75%,也就是说在相同的环境中,通讯距离不到Sub-GHz的1/4。

从上述分析来看,ZigBee技术用在国外的独栋木质结构的房屋中效果或许还是可以接受的,但是在中国的高密度的钢筋水泥混凝土的建筑物结构中通讯效果不太理想也就是自然而然的事情了。