消除高可靠性無(wú)線工業(yè)控制系統(tǒng)中的干擾

　　無(wú)線控制無(wú)疑為工業(yè)系統(tǒng)帶來(lái)了巨大優(yōu)勢(shì)，然而隨之而來(lái)的一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)也急需克服。 本文審視高可靠性業(yè)控制系統(tǒng)所面臨的極具挑戰(zhàn)性的干擾，以及 Decawave、Linx Technologies、Digi 和 Atmel 的各種收發(fā)器器件和模塊所采用的不同頻率和無(wú)線協(xié)議。

　　有許多不同的方法可以最大程度地降低用于工業(yè)自動(dòng)化的無(wú)線控制系統(tǒng)中的干擾。 設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)權(quán)衡鏈路預(yù)算、距離、頻率和協(xié)議，以盡可能獲取最可靠的無(wú)線鏈路。 干擾來(lái)源十分廣泛，可能來(lái)自寬帶電氣噪聲，也可能來(lái)自其他附近運(yùn)作的無(wú)線系統(tǒng)。

　　協(xié)議是優(yōu)化鏈路的一種方式，用碼分復(fù)用 （CDMA） 方法將丟失符號(hào)的影響降至最低。 現(xiàn)在，通常會(huì)增加前向糾錯(cuò)和循環(huán)冗余檢查 （CRC） 功能來(lái)保持?jǐn)?shù)據(jù)完整性，但它們會(huì)占用有效載荷中寶貴的字節(jié)數(shù)。

　　擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)也被用來(lái)盡可能降低干擾。 在某一頻率范圍內(nèi)擴(kuò)展信號(hào)可進(jìn)一步降低任意一個(gè)頻率干擾的影響。 或者鏈路可以檢測(cè)問(wèn)題，并自動(dòng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)頻帶，以避免跳頻方案中的干擾。

　　與此同時(shí)，設(shè)計(jì)者可以權(quán)衡通過(guò)這些技術(shù)實(shí)現(xiàn)的距離（對(duì)于某些系統(tǒng)最多可以達(dá)到 12 km），以在工廠內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的鏈路預(yù)算，提高對(duì)其他信號(hào)的抗干擾性。

　　所有這些技術(shù)都對(duì)所使用的頻譜具有連鎖反應(yīng)。 Sub-GHz 868 MHz 和 902 MHz 頻帶擁塞了許多不同類(lèi)型的鏈路，這意味著擴(kuò)頻或跳頻根本不可行，而 2.4 GHz 頻帶不僅包含低功耗的 ZigBee 協(xié)議，還需為 Wi-Fi 和藍(lán)牙提供空間，也需要消除來(lái)自微波爐及其他工業(yè)系統(tǒng)的常見(jiàn)干擾。

　　在此舉例說(shuō)明一項(xiàng)挑戰(zhàn)：只有少數(shù)的 ZigBee 通道不與 Wi-Fi 重疊（通道 15、20、25 和 26），因此干擾可忽略不計(jì)，而其余的每個(gè) Wi-Fi 通道都有四個(gè)重疊 ZigBee 通道。 PER（分組差錯(cuò)率）的降低與干擾源和接收器之間的距離以及中心頻率差（干擾源和接收器之間）有密切的關(guān)系，讓使用 2.4GHz 頻帶的系統(tǒng)設(shè)計(jì)者面臨巨大挑戰(zhàn)。

　　Decawave 不是直接去消除干擾，而是結(jié)合使用 3.5 GHz 至 6.5 GHz 頻帶和超寬帶協(xié)議，實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率，從而提高抗干擾性。 DecaWave 的 DW1000 芯片是一種完整的單芯片 CMOS 超寬帶 IC，基于 IEEE802.15.4-2011 標(biāo)準(zhǔn)。 它是 ScenSor（尋找控制執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)服從回應(yīng)）部件系列的第一款產(chǎn)品，在 110 kbps、850 kbps 和 6.8 Mbps 的數(shù)據(jù)速率下工作，并且由于更高的頻率，也可以在室內(nèi)外定位帶標(biāo)簽的物體，精度達(dá) 10 cm。