Zigbee ist ein drahtloses Kommunikationsprotokoll, das hauptsächliche Anwendungen im Bereich des Internets der Dinge (IoT) findet. Es basiert auf dem IEEE 802.15.4-Standard und ist für Anwendungen mit geringem Energieverbrauch und niedriger Datenrate konzipiert. In Bezug auf die Modulationsarten, die von Zigbee verwendet werden, sind mehrere Techniken von Bedeutung, darunter die bemerkenswerte Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).
Zigbee verwendet hauptsächlich zwei Modulationstechniken:
1. Offset Quadrature Phase-Shift Keying (O-QPSK) mit DSSS: – Diese Modulation erfolgt im 2.4 GHz ISM (Industrial, Scientific, and Medical) Frequenzband. – O-QPSK ist eine Variante der Quadrature Phase-Shift Keying (QPSK), bei der die In-Phase (I) und Quadrature (Q) Komponenten um eine halbe Symbolperiode verschoben sind. Diese Verschiebung hilft, die Spektraleffizienz zu verbessern und die Interferenz robuster zu handhaben. – Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS) wird verwendet, um das Signal über einen breiten Frequenzbereich zu verteilen, was die Resistenz gegenüber Störungen und das Eindringen durch Hindernisse verbessert. Bei DSSS wird das zu übertragende Signal mit einer pseudozufälligen Rauschsequenz (Chipping-Rate) multipliziert, um ein breiteres Frequenzspektrum zu erzeugen. – Diese Technik ermöglicht Datenraten von bis zu 250 kb/s (kilobits per second).
2. Binary Phase-Shift Keying (BPSK): – Diese Modulation wird in den unteren Frequenzbändern von 868 MHz (Europa) und 915 MHz (Nordamerika) verwendet. – BPSK ist eine einfache und robuste Modulationstechnik, bei der die Phase eines Trägersignals zwischen zwei Zuständen geändert wird, um die binäre Information darzustellen. – Diese Technik ermöglicht Datenraten von bis zu 20 kb/s (868 MHz) bzw. 40 kb/s (915 MHz).
Beispiele:
- Bei Smart-Home-Anwendungen wie intelligenten Beleuchtungssystemen, die Zigbee verwenden, profitieren die Geräte von der DSSS-Technik, da sie robust gegenüber Interferenzen von WIFI oder anderen ISM-Geräten im 2.4 GHz Bereich sind.
- Industrielle Sensor-Netzwerke nutzen oft Zigbee, um Daten in Umgebungen mit hohen Störpotentialen zu übertragen, wobei O-QPSK und DSSS Stabilität und Zuverlässigkeit gewährleisten.
Quellen:
1. IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks (IEEE 802.15.4TM-2020), welche die technischen Grundlagen und Modulationsmethoden detailliert beschreibt.
2. “ZigBee Wireless Networks and Transceivers” von Shahin Farahani – ein umfassendes Buch, das sowohl die technischen Aspekte als auch praktische Anwendungen von Zigbee beleuchtet.
3. “Wireless Communications: Principles and Practice” von Theodore S. Rappaport – bietet grundlegende Einblicke in verschiedene Modulationstechniken, einschließlich derer, die in Zigbee verwendet werden.
Diese Quellen bieten einen umfänglichen und technischen Blick auf die Modulationsarten von Zigbee und deren Umsetzung in verschiedenen Anwendungsszenarien.
