Implementering og karakterisering av fysisk lag for IEEE 802.15.4 (2.4 GHz) : Scenario industrielt område

Abstract

IEEE 802.15.4 (2,4 GHz) er en standard som ofte benyttes for å implementere det fysiske laget i applikasjoner som skal benyttes i industrielle områder. IEEE 802.15.4 benyttes blant annet som basis for IEC 62591 (Wireless HART), ISA100.11a, ZigBee PRO og IEC 6261. Standarden benytter modulasjonsformatet O-QPSK som er en offset versjon av QPSK. Offset oppnås ved at det innføres en relativ forskyvning mellom I og Q kanalen på T_c. Denne forskyvningen hindrer at signalvektoren går gjennom origo som videre resulterer i mindre variasjon i signal envelopen. Standarden spesifiserer videre at O-QPSK skal kombineres med half-sine pulsformingsfilter. Det viser seg at når dette pulsformingsfilteret kombineres med O-QPSK oppnås konstant amplitude, slik at all amplitudevariasjon blir eliminert. Konstant amplitude medfører at det er mulig å benytte billige ikke lineære forsterker fremfor dyre lineære forsterkere som måtte ha blitt benyttet dersom det hadde vært variasjon i amplituden. Et av de viktigste kravene når TSN skal installeres i industrielt område er nettopp at kostnaden holdes på et lavt nivå.

I denne oppgaven er IEEE 802.15.4 (2,4GHz) implementert basert på både soft og hard desisjons teknikk. Modellen er testet med et utvalg kanalmodeller som totalt sett representerer hva som kan forventes i industrielle områder. Resultater fra simuleringene viste at den tillagte koden som standarden definerer, gir en betydelig ytelsesgevinst ved ukorrelert og hurtig varierende korrelert fading. Mens for sakte varierende korrelert fading, som er rimelig å forvente i det reelle tilfellet, gir koden ikke like stor ytelsesgevinst. Ved frekvensselektiv fading viste ytelsen for alle typer fading å bli betydelig redusert. Tilstedeværelse av en dominerende direktekomponent viste seg å ha positiv effekt på ytelsen, økt styrke på direktekomponenten resulterte i økt ytelse. Generelt for alle simuleringene ble det oppnådd en ca. 2dB bedre ytelse for soft enn hard desisjon.