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1、Zigbee物理层协议规范在不同的国家和地区，ZigBee技术所允许使用的工作频率是不同的，而对于不同的应用频率范围，其调制方式。传输速率均不同，众所周知，蓝牙技术在世界多数国家都采用统一的频率范围，其范围为2.4GHz的ISM频段上，调制采用快速跳频扩频技术，而ZigBee技术不同，对于不同的国家和地区，为其提供的工作频率范围是不同的，ZigBee所使用的频率范围主要分为868/915MHz和2.4Ghz ISM频段，各个具体的频段的频率范围如下表所示: 由于各个国家的地区采用的工作频率范围不同，为提高数据传输速率，IEEE802.15.4规范标准对于不同的频率范围，规定了不同的调制方式，因
2、而在不同的频率段上，其数据传输速率不同，具体调制和传输速率如下所示： 从上面可以看出ZigBee使用了3个工作频段，每一个频段宽度不同，其分配信道的个数也不相同，在IEEE802.15.4规范标准定义了27个物理信道，信道编号从0到26，在不同的频段其带宽不同，其中2450MHz频段定义了16个信道，915MHz频段定义了10个信道，868MHz频段定义了1个信道。这些信道的中心频率定义如下： ZigBee物理层通过射频固件和射频硬件提供了一个从MAC层以物理层无线信道的接口。在物理层中，包含一个物理层管理实体，该实体通过调用物理层的管理功能函数，为物理层管理服务提供其接口，同时，还负责维护由
3、物理层所管理的目标数据库，该 数据库包含有物理层个域网络的基本信息。 ZigBee物理层的结构及接口如下图: 图1 物理层结构模型 从图中可以看出，在物理层中，存在有数据服务接入点和物理层实体服务接入点，通过这两个服务接入点提供如下两种服务，它们是：通过物理层数据服务接入点为物理层数据提供服务通过物理层管理实体服务的接入点为物理层管理提供服务。 物理层的数据服务和管理服务都是通过各种的原语操作完成的，这里就不介绍各种原语的用法和功能了。在以后用到时再结合的具体的实例。 ZigBee协议数据单元的结构 ZigBee协议数据单元数据包的格式。在PPDU数据包结构中，最左边的字段优先发送和接收。在多
4、个字节的字段中，优先发送或接收最低有效字节，而在每一个字节中优先发送最低有效位，同样在物理层与MAC层之间数据字段的传送也遵循这一规则。每个PPDU数据包由以下几个基本的部分组成： 同步包头SHR：允许接收设备锁定在比特流上，并且与该比特流保持同步 物理层包头PHR：包含帧长度的信息 物理层净荷：长度变化的净荷，携带MAC层的帧信息 PPDU数据包的格式如下图所示： PPDU 数据包的格式 1前同步码 收发机根据前同步码引入的消息，可获得码同步和符号同步的信息，在802.15.4标准协议中，前同步码由32个进制组成 2帧定界符 帧定界符由一个字节组成，用来说明前同步码的结构和数据包数据的开始。
5、 3帧长度 帧长度占7个比特，它的值是PSDU中包含的字节数也即净荷数，该值在0到aMaxPHYPacketSize之间。 4物理层服务数据单元PSDU 物理层服务数据单元的长度是可以变化的，并且该字段能够携带物理层数据包的数据。如果数据包的长度类型为5个字节或大于8个字节，那么，物理层服务数据单元携带MAC层的帧信息，即MAC层协议数据单元。 2.4GHz频带的物理层规范 1扩展调制 在2.4GHz物理层，ZigBee技术采用16位准正交调制技术。在调制前，将数据信号进行转换处理，将信息按每4位信息比特进行处理，第4位信息比特组成一个符号数据，根据该符号数据，从16个几乎正交的为随机序列中，
6、选取其中一个序列作为传送序列。根据所发送连续的数据信息，将所选出的PN序列串接起来，并使用O-QPSK的调制方法，将这些集合在一起的序列调制到载波上。 1）比特-符号转换器 在对物理层协议数据单元进行调制前，必须对其所有的二进制数据进行转换处理。首先，必须将二进制数据转换成符号数据，其转换过程如下所述。 将每个字节按4比特位进行分解，将低4位转换成一个符号数据，高4位转换成一个符号数据，物理层协议数据单元的每个字节都要逐个进行处理，即从它的前同步码字段开始到它的最后一个字节。在每个字节处理过程中，优先处理低4位，随后处理高4位。 2）符号-码片的映射 根据处理得到的符号数据，将其进行扩展，即每个符号数据映射成一个32位的伪随机序列，这些PN序列通过循环移位或者相互结合等相互关联。 3）O-QPSK调制 扩展后的码元序列通过采用半正弦脉冲形式的O-QPSK调制方法，将符号数据信号调制到载波信号上。其中，编码为偶数的码元调制到I相位的载波上，编码为奇数的码元，调制到Q相位的载波上。每个符号数据由32码元的序列来表示，所以，码元速率是符号速率的32倍。为了使I相位的码元要延迟Tc 秒发送，Tc是码元速率的倒数。
