工業無線技術的五個準則受用整個領域

工業無線應用把眾多的新能力(如實現新型的監控、增加現有設備的靈活性、降低運營和流程管理成本)帶入它們所服務的行業。反過來，許多不同類型的無線技術和應用迅速涌現出來以滿足這個日益增長的需求。

需要強調的是，工業領域存在一些特有的挑戰，但許多傳統的無線技術并非是專門為應對這些挑戰而設計的。這些挑戰包括要求可靠性高、系統功耗低并具有在RF干擾嚴重的物理環境中良好工作的能力，當然，同時還須具有高性價比。

無線技術應用數量的不斷增加也已成為一個挑戰，眾多的無線應用爭奪同一個RF空間，導致頻譜過于擁擠，并與業已存在的挑戰交織在一起。要為某個特定的應用選擇一個合適的、足以應對這些挑戰的技術，工程師需要考量可靠性、簡單性、功效、傳輸范圍和成本等多個重要指標。

工業無限系統的可靠性

在這里，可靠性是指工業無線系統在存在各種工業障礙的情況下成功完成通信的能力。我們可以根據無線系統的某些特征參數來評價其可靠性。

* 所使用的RF頻譜：無線系統通信所使用的物理RF頻譜

* 接收靈敏度：收發器完成通信需接收到的最小信號水平

* 輸出功率：能夠輸出的信號水平

* RF捷變能力：為避免干擾而在RF頻譜中移動的能力

* 抗干擾度：在存在干擾的情況下在給定頻道中通信的能力。

RF波的物理特性造成其頻譜使用高度依賴于環境。頻率越低，波長越長，越不容易被液體和加固混凝土等典型的生活與建筑材料所吸收。

但是，為減小與其它無線通信技術的干擾，RF頻譜及其使用受到很強的管制。在RF頻譜中，地方或國際組織只為免許可通信保留了幾個頻段，并稱之為工業、科學和醫療(ISM)頻段。在這些頻段中，主要使用的頻段是2.4GHz部分。在這個頻段，由于波長短，信號迅速被不利于RF傳輸的工業環境所吸收，我們需要對其它可靠性評估指標給予更多的關注。

我們可以把接收靈敏度、輸出功率和抗干擾度結合起來，形成一個更為宏觀也更為重要的可靠性指標——鏈路預算。鏈路預算是接收靈敏度、輸出功率和抗干擾度的綜合值。系統的接收靈敏度越高、輸出功率和抗干擾度越大，則鏈路預算越大。鏈路預算越大，RF吸收和RF干擾給系統帶來影響的可能性越小，實現可靠通信的潛力越大。

收發器的接收靈敏度和輸出功率強烈依賴于所使用的元器件，較易于進行評估和比較，但抗干擾度在很大程度上依賴于無線收發器為提高其生命力而使用的技術。目前使用的可直接改善抗干擾度的最好技術之一是直接序列擴頻(DSSS)調制。

DSSS調制的本質是通過向傳輸信號中引入前向誤差校正，來減少因信號干擾而造成的數據損失。特別地，DSSS基于發射器和接收器共享的偽隨機噪聲碼，把數據編制成規模更大的比特流。

圖1展示了把8比特數據編制成32碼片(Chip)數據的過程，在這里，4個碼片等價于一個比特。

這些碼片被調制成RF信號并發射出去。接收器從接收到的信號中解調出這些碼片并逆向執行DSSS編碼方案。盡管由于信號噪聲或干擾而存在解調錯誤，我們仍可以復現原始數據。

圖1：直接序列擴頻(DSSS)。(原始數據、編碼、碼片錯誤、原始數據、復現)

RF捷變通過干擾避免技術(在RF頻譜內跳動或移動等)來改善可靠性。系統在頻譜中移動的自由度越大，找到干擾較小的RF靜謐環境的能力越強。包括偽隨機跳頻方案或基于算法的跳頻方案在內，目前使用的各種RF捷變技術通過不斷地在頻譜中跳變來最大限度地減小干擾(見圖2)。

圖2：RF捷變技術通過不斷地在頻譜中跳變來最大限度地減小干擾。

從可靠性的角度來說，不斷跳