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Bluetooth, ZigBee und nanoNet – Friedlich miteinander?

10. Juli 2007, 15:18 Uhr | Prof. Dr. Jörg F. Wollert

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Bluetooth, ZigBee und nanoNet – Friedlich miteinander?

Nr.	Aktive koexistierende Technologien	BER	PLR
1	Bluetooth alleine	0	0
2	IEEE 802.15.4	1,4679 x 10^-3	6,6 x 10^-3
3	nanoNET	1,8333 x 10^-4	0
4	802.15.4 und nanoNET	1,2184 x 10^-3	6,2 x 10^-3
Tabelle 1. Die Bluetooth-Koexistenz: 802.15.4 sorgt für einen deutlichen Performance-Einbruch, nanoNET verhält sich eine Größenordnung freundlicher.

Interessant ist in diesem Szenario das Verhalten der NanoNET-Funktechnik. Sowohl IEEE 802.15.4 als auch Bluetooth können auf den kurzen Entfernungen die Chirp-Technologie des Panasonic-Moduls nicht aus dem Tritt bringen. Erst der kooperative Betrieb aller Funktechnologien führt zu einer messbaren Bitfehlerrate – allerdings in einem Bereich, der auch noch für eine Kabelverbindung taugen würde (Tabelle 2).

Nr.	Aktive koexistierende Technologien	BER	PLR
1	(alleiniger Betrieb) NanoNET	0	0
2	Bluetooth	0	0
3	IEEE 802.15.4	0	0
4	Bluetooth und 802.15.4	4,25 x 10^-6	0
Tabelle 2. Auf kurzen Entfernungen bewährt sich NanoNET als äußerst robuste Technik in der Messkammer.

Nr.	Aktive koexistierende Technologien	BER	PLR
1	IEEE 802.15.4 (alleiniger Betrieb)	0	0
2	Bluetooth	2,02623 x 10^-2	4,2 x 10^-2
3	nanoNET	2,25768 x 10^-6	3,4 x 10^-3
4	Bluetooth und nanoNET	1,77147 x 10^-2	4,6 x 10^-2
Tabelle 3. Bluetooth stellt für IEEE 802.15.4 eine harte Nuss dar, während die nanoNET-Module die Kommunikation kaum beeinflussen.

Als Modulationsverfahren nutzt Bluetooth ein FHSS-Verfahren (Frequence Hopping Spread Spectrum), wobei 1600 mal in der Sekunde die Frequenz auf bis zu 78 Kanälen gewechselt wird. Der Frequenzwechsel erfolgt pseudozufällig, für jedes Bluetooth- Modul unterschiedlich, mit einer sehr langen Periode.

Ab der Bluetooth-Version 1.2 unterstützt Bluetooth ein adaptives Frequenzhopping, bei dem permanent gestörte oder vorher einstellbare Frequenzbereiche komplett ausgespart werden (können). Diese Maßnahme wurde erforderlich, um eine gute Koexistenz zu WiFi (WLAN nach IEEE 802.11b,g) zu ermöglichen, da Bluetooth sonst als recht hartnäckiger Störer identifiziert wird.

Sowohl für die Datenübertragung als auch in dem Störungsszenario wurde bei Bluetooth ein Piconet zwischen zwei Bluetooth-Modulen aufgebaut, über das sich permanent DH3-Datenpakete austauschen. Durch die Wahl der Datenpakete kann exakt ein Dutycycle von 50 % eingestellt werden, was durch Spektrumanalyse nachgewiesen wird (Bild 4).

Ein MC 13192 Evaluation-Board von Freescale (Bild 5) war der Testpartner für die IEEE-802.15.4-Tests. (Häufig spricht man bei diesem PAN-Standard auch von ZigBee, was aber nicht ganz richtig ist. ZigBee ist nämlich der Markenname der ZigBee-Alliance, die die PHY- und MAC-Schichten von IEEE 802.15.4 verwendet und darüber einen umfangreichen Protokollstack mit Netzwerklayer, Applikationsframework und Geräteprofilen spezifiziert.)

Das Freescale-Modul hat eine Empfindlichkeit von PLR = 10^–2 bei –92 dBm und wurde ebenfalls auf eine Sendeleistung von 0 dBm kalibriert. IEEE 802.15.4 verwendet im 2,4- GHz-Band ein DSSS-Modulationsverfahren (Direct Sequence Spread Spectrum) mit 16 Kanälen zu je 5 MHz Bandbreite. Durch geeignete Pseudo- Zufallsfolgen wird das 250-kHz-Signal auf die mögliche Bandbreite von 5 MHz aufgespreizt, was das System relativ unempfindlich gegenüber schmalbandigen Störern macht. Auch WLAN nach 802.11 nutzt ein DSSS-Verfahren bei Geschwindigkeiten bis 22 Mbit/s. Das Freescale-Entwicklungsboard wurde ebenfalls für Betriebs- und Störungsmodus in einen 50-%-Duty-Cycle versetzt. Hier wird bei einem Beacon-Intervall von 30 ms ein Superframe von 15 ms Dauer im „Slotted-CSMA/CDBetrieb“ eingesetzt (Bild 6).

Die dritte Technik basiert auf dem Chirp-Spread-Spectrum-Verfahren der Berliner Firma nanotron. Als Modul wurde das Entwicklungsboard PAN 5460 von Panasconic eingesetzt (Bild 7), was ebenfalls eine BER = 10^–3 bei –90 dBm im 1-Mbit/s-Modus aufweist. Auch hier wurde die Sendeleistung auf 1 mW kalibriert. Die nano- NET-Technik nutzt die gesamte Bandbreite von 80 MHz im 2,4-GHz-ISMBand als einen einzigen Kanal und ist damit im Vergleich zu den anderen Wettbewerbern extrem breitbandig. Als Übertragungsverfahren wird MDMA (Multidimensional Multiple Access) und CSS (Chirp Spread Spectrum) als Spreiztechnik eingesetzt. Dies ermöglicht eine weitgehend analoge und damit energiesparende Verarbeitung der Signale.