工业无线技术的五个准则受用整个领域

工业无线应用把众多的新能力(如实现新型的监控、增加现有设备的灵活性、降低运营和流程管理成本)带入它们所服务的行业。反过来，许多不同类型的无线技术和应用迅速涌现出来以满足这个日益增长的需求。

需要强调的是，工业领域存在一些特有的挑战，但许多传统的无线技术并非是专门为应对这些挑战而设计的。这些挑战包括要求可靠性高、系统功耗低并具有在RF干扰严重的物理环境中良好工作的能力，当然，同时还须具有高性价比。

无线技术应用数量的不断增加也已成为一个挑战，众多的无线应用争夺同一个RF空间，导致频谱过于拥挤，并与业已存在的挑战交织在一起。要为某个特定的应用选择一个合适的、足以应对这些挑战的技术，工程师需要考量可靠性、简单性、功效、传输范围和成本等多个重要指标。

工业无限系统的可靠性

在这里，可靠性是指工业无线系统在存在各种工业障碍的情况下成功完成通信的能力。我们可以根据无线系统的某些特征参数来评价其可靠性。

* 所使用的RF频谱：无线系统通信所使用的物理RF频谱

* 接收灵敏度：收发器完成通信需接收到的最小信号水平

* 输出功率：能够输出的信号水平

* RF捷变能力：为避免干扰而在RF频谱中移动的能力

* 抗干扰度：在存在干扰的情况下在给定频道中通信的能力。

RF波的物理特性造成其频谱使用高度依赖于环境。频率越低，波长越长，越不容易被液体和加固混凝土等典型的生活与建筑材料所吸收。

但是，为减小与其它无线通信技术的干扰，RF频谱及其使用受到很强的管制。在RF频谱中，地方或国际组织只为免许可通信保留了几个频段，并称之为工业、科学和医疗(ISM)频段。在这些频段中，主要使用的频段是2.4GHz部分。在这个频段，由于波长短，信号迅速被不利于RF传输的工业环境所吸收，我们需要对其它可靠性评估指标给予更多的关注。

我们可以把接收灵敏度、输出功率和抗干扰度结合起来，形成一个更为宏观也更为重要的可靠性指标——链路预算。链路预算是接收灵敏度、输出功率和抗干扰度的综合值。系统的接收灵敏度越高、输出功率和抗干扰度越大，则链路预算越大。链路预算越大，RF吸收和RF干扰给系统带来影响的可能性越小，实现可靠通信的潜力越大。

收发器的接收灵敏度和输出功率强烈依赖于所使用的元器件，较易于进行评估和比较，但抗干扰度在很大程度上依赖于无线收发器为提高其生命力而使用的技术。目前使用的可直接改善抗干扰度的最好技术之一是直接序列扩频(DSSS)调制。

DSSS调制的本质是通过向传输信号中引入前向误差校正，来减少因信号干扰而造成的数据损失。特别地，DSSS基于发射器和接收器共享的伪随机噪声码，把数据编制成规模更大的比特流。

图1展示了把8比特数据编制成32码片(Chip)数据的过程，在这里，4个码片等价于一个比特。

这些码片被调制成RF信号并发射出去。接收器从接收到的信号中解调出这些码片并逆向执行DSSS编码方案。尽管由于信号噪声或干扰而存在解调错误，我们仍可以复现原始数据。

图1：直接序列扩频(DSSS)。(原始数据、编码、码片错误、原始数据、复现)

RF捷变通过干扰避免技术(在RF频谱内跳动或移动等)来改善可靠性。系统在频谱中移动的自由度越大，找到干扰较小的RF静谧环境的能力越强。包括伪随机跳频方案或基于算法的跳频方案在内，目前使用的各种RF捷变技术通过不断地在频谱中跳变来最大限度地减小干扰(见图2)。

图2：RF捷变技术通过不断地在频谱中跳变来最大限度地减小干扰。

从可靠性的角度来说，不断跳[p] [p] -size: 14px; text-align: justify; ">假定所有其它指标不变，降低无线系统成本的一种技术方式是提高系统对用户的价值或降低系统的实际获取成本。元件成本通常需要由开发商和供应商协商解决，但某些应用系统可能对性能(闪存、RAM、处理能力等)的要求相对较低，因而可降低元件的成本。

例如，同简单的星形联网协议相比，复杂的网格联网协议通常需要更多的闪存，因为网格网络需要在整个网络中为通信分配路由，星形网络则是简单的点到点协议，只有集线器真正需要某种水平的路由功能。这个比较是在其它指标不变的条件下进行的。如果网格型方案比星型方案更为可靠或反之，这就不是一个合理的比较。

可靠性、简单性、功效、传输范围和成本是比较、评估和选择工业无线技术的五个最重要的指标。每个指标都以独特的视角展示了某个技术的优点。为确保针对给定应用选出了最合适的无线技术，在比较不同技术的优缺点时，须对这些指标逐一进行考察。