無線控制是用于工業(yè)系統(tǒng)的巨大的優(yōu)勢(shì)，但也有克服一些關(guān)鍵挑戰(zhàn)。本文著眼于挑戰(zhàn)的干擾呈現(xiàn)給那些在各種距離Decawave，領(lǐng)新科技，向Digi以及愛特梅爾的收發(fā)器設(shè)備和模塊中實(shí)現(xiàn)高可靠性的工業(yè)控制系統(tǒng)和不同的頻率和無線協(xié)議。
有許多不同的方式來最小化在無線控制系統(tǒng)中的工業(yè)自動(dòng)化干擾。設(shè)計(jì)人員可以交易的鏈路預(yù)算，距離，頻率和協(xié)議，以獲得盡可能最可靠的無線連接。干擾可能來自各種渠道，從寬帶電子噪聲對(duì)操作附近的其他無線系統(tǒng)。
協(xié)議是一種方式優(yōu)化鏈路，使用碼分復(fù)用（CDMA），以盡量減少丟失的符號(hào)的效果。前向糾錯(cuò)和循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）現(xiàn)在常規(guī)地加入到保持?jǐn)?shù)據(jù)的完整性，但它們可以占用寶貴位在有效載荷中。
擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)也被用來減少干擾。在整個(gè)頻率范圍的擴(kuò)展信號(hào)再一次減少了干擾的任意一個(gè)頻率的影響?；蜴溌房梢詸z測(cè)的問題，并自動(dòng)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)頻帶，以避免在一個(gè)跳頻方案的干擾。
與此同時(shí)設(shè)計(jì)者可以權(quán)衡通過這些技術(shù)，它可以是最多12公里的某些系統(tǒng)提供的范圍內(nèi)，以提供在一個(gè)工廠內(nèi)有較高的鏈路預(yù)算，可以是較少受到其他信號(hào)。
所有這些技術(shù)具有對(duì)所使用的頻譜連鎖反應(yīng)。子GHz的868兆赫和902兆赫頻帶擠滿了許多不同類型的意思擴(kuò)頻或跳頻是不可行的鏈路，而2.4GHz頻帶是家里的低功耗ZigBee協(xié)議還具有容納的Wi- Fi和藍(lán)牙，并應(yīng)對(duì)來自微波爐等工業(yè)系統(tǒng)中常見的干擾。
作為挑戰(zhàn)的例子中，只有少數(shù)的ZigBee通道，不與無線網(wǎng)絡(luò)連接（通道15，20，25和26）重疊，因此??有可忽略的干擾，而對(duì)于每個(gè)Wi-Fi信道有四個(gè)重疊ZigBee的渠道。在PER（分組錯(cuò)誤率）的降低與干擾源和接收器和中心頻率的差異（干擾源和接收器之間）之間的距離有密切的關(guān)系，呈現(xiàn)為使用2.4GHz頻帶系統(tǒng)設(shè)計(jì)者一些顯著挑戰(zhàn)。
代替的處理上，Decawave使用的3.5千兆赫至6.5千兆赫頻帶和超寬帶協(xié)議的組合來提供更高的數(shù)據(jù)速率，通常在更不受干擾該磁頭。 DecaWave的DW1000芯片是一個(gè)完整的單芯片CMOS超寬帶芯片基礎(chǔ)上，??IEEE802.15.4-2011標(biāo)準(zhǔn)。這是第一個(gè)在ScenSor（尋求控制執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)檢測(cè)服從回應(yīng)）系列器件，工作在110 kbps的，850 kbps和6.8 Mbps的數(shù)據(jù)速率，并為更高頻率的結(jié)果，也可以定位標(biāo)簽的對(duì)象既室內(nèi)和室外在10公分。
DecaWave DW1000收發(fā)器圖
圖1：DW1000收發(fā)器的框圖。
該技術(shù)既涉及高可靠性的鏈接精確室內(nèi)位置與通訊用于工廠自動(dòng)化，特別是在偏遠(yuǎn)或難以訪問的位置。因?yàn)镈W1000允許的時(shí)間和數(shù)據(jù)通信二者的精確測(cè)量，以同時(shí)發(fā)生，它可以用于廣泛的各種應(yīng)用由實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的開發(fā)者（RTLS）和室內(nèi)定位系統(tǒng)，以及物聯(lián)網(wǎng)和無線互聯(lián)網(wǎng)傳感器網(wǎng)絡(luò)。
工廠自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商可以采用該技術(shù)為自動(dòng)化和監(jiān)控工具，10厘米與3定位精度 - 5米適用的Wi-Fi實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。使用更高的頻率還提供了數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)6.8 Mbit / s的相比，250 kbit / s的用于ZigBee和1Mbit/s的為Wi-Fi。
所使用的協(xié)議是802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)，這是突發(fā)位置調(diào)制（BPM）和二進(jìn)制相移鍵控（BPSK）的組合。將合并的BPM-使用BPSK調(diào)制碼元，每個(gè)碼元被突發(fā)的超寬帶脈沖減輕易受干擾，在任何一個(gè)特定的頻率組成。該芯片還結(jié)合使用兩種不同的碼每個(gè)通道以進(jìn)一步優(yōu)化信道鏈路和減少干擾碼分CDMA技術(shù)的六個(gè)信道頻分（FDMA）的。這然后用集成FEC和CRC錯(cuò)誤校正相結(jié)合，確保干擾對(duì)信號(hào)不會(huì)影響。
該技術(shù)還具有內(nèi)置的抗多徑干擾，如脈沖頻率的頻段并不反映良好，更容易消散。
該DW1000采用2.8 V單電源電壓為3.6 V，并具有31 mA的發(fā)射模式電流和接收模式下電流為64毫安低功耗運(yùn)行。
向下在子GHz頻帶，領(lǐng)新技術(shù)開發(fā)出了收發(fā)器，用于可靠的遠(yuǎn)程遙控器和傳感器的應(yīng)用。該TRM-900-TT由一個(gè)高度優(yōu)化的跳頻擴(kuò)頻（FHSS）射頻收發(fā)器和集成的遠(yuǎn)程控制代碼轉(zhuǎn)換器。該FHSS系統(tǒng)允許更高的功率，干擾少，因此給出了一個(gè)范圍比窄帶無線電設(shè)備。
操作在902至928兆赫頻帶，所述模塊實(shí)現(xiàn)的？112 dBm的典型靈敏度?；景婺軌虍a(chǎn)生+12.5 dBm的發(fā)射機(jī)輸出功率，并實(shí)現(xiàn)了射程超過2英里（3.2公里）的線路站點(diǎn)鏈接的典型環(huán)境在0 dB增益天線。高功率版本輸出23.5 dBm時(shí)，實(shí)現(xiàn)長達(dá)8英里（12.8公里）。
射頻合成器包含一個(gè)VCO和低噪聲小數(shù)N分頻PLL。 VCO的工作基頻的兩倍，以減少造成干擾，因此允許在更長的范圍內(nèi)的雜散發(fā)射。接收和發(fā)送合成器集成在一起，使他們能夠進(jìn)行自動(dòng)配置，以實(shí)現(xiàn)最佳的相位噪聲，調(diào)制質(zhì)量和建立時(shí)間。
接收機(jī)集成高效低噪聲放大器，提供高達(dá)-112 dBm的靈敏度，和領(lǐng)新開發(fā)了先進(jìn)干擾阻塞技術(shù)可以使收發(fā)信機(jī)中的干擾，在子GHz頻帶的存在時(shí)非常堅(jiān)固。
模塊如利用Digi的的XBee使設(shè)計(jì)人員能夠在這兩個(gè)使用802.15.4協(xié)議的2.4 GHz和900 MHz頻段移動(dòng)。這些嵌入式射頻模塊都有一個(gè)共同的足跡多個(gè)平臺(tái)，包括多點(diǎn)和ZigBee /網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，2.4 GHz和900 MHz的解決方案共享。開發(fā)部署的XBee可能會(huì)進(jìn)行替換的XBee另，根據(jù)與最小的開發(fā)動(dòng)態(tài)的應(yīng)用需求，具有2.4GHz的版本在全球部署的900 MHz的版本更長距離或環(huán)境需要更多的抗干擾性。
向Digi的XBee模塊的圖像
圖2：向Digi的XBee模塊具有相同的尺寸為2.4千兆赫和900兆赫的實(shí)現(xiàn)。
干擾是一個(gè)關(guān)鍵的原因是開發(fā)商轉(zhuǎn)向模塊。模塊通過屏蔽同時(shí)提供防止電磁干擾，同時(shí)也優(yōu)化了天線路徑設(shè)計(jì)以從電子設(shè)備的其余部分與來自外部源的減少干擾。
Atmel的ATZB-S1-256-3-0-C ZigBit的低功耗2.4 GHz的模塊是結(jié)合了低功耗的AVR 8位微控制器和高數(shù)據(jù)速率的收發(fā)器，可提供高數(shù)據(jù)率從250 kb的傳統(tǒng)ZigBee模塊/ s到2 Mb / s的，幀處理，高接收靈敏度，高發(fā)射輸出功率給一個(gè)強(qiáng)大的無線通信。該模塊是專為無線傳感，監(jiān)測(cè)，控制和數(shù)據(jù)采集應(yīng)用。
Atmel的ATZB-S1-256-3-0-C ZigBit的模塊的圖像
圖3：Atmel的ATZB-S1-256-3-0-C ZigBit的模塊。
為了解決干擾，IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)支持基于DSSS（直接序列擴(kuò)頻）兩大PHY方案。在2.4GHz PHY使用C-QPSK調(diào)制，而780/868/915兆赫使用BPSK（二進(jìn)制相移鍵控）調(diào)制，而這兩個(gè)能提供良好的BER（誤碼率）性能。為了突出使用跳頻在這些較低頻段的挑戰(zhàn)，802.15.4物理層提供31通道，四個(gè)在780 MHz頻段中國（802.15.4c），一個(gè)在868 MHz頻段歐洲，十在915 MHz的北美，十六個(gè)在2.4 GHz整個(gè)世界。
有時(shí)具有干擾設(shè)備本身內(nèi)處理。德州儀器WL1835MOD結(jié)合呈現(xiàn)在管理跨頻道干擾的主要挑戰(zhàn)在單個(gè)設(shè)備中支持Wi-Fi無線MIMO和藍(lán)牙4.0鏈接。
德州儀器WL1835MOD的圖
圖4：TI的WL1835MOD鏟球在同一芯片上的Wi-Fi和藍(lán)牙操作之間的干擾。
該芯片包括集成的2.4 GHz的功率放大器（PA）的無線網(wǎng)絡(luò)連接，以及處理的802.11b / g和802.11n的數(shù)據(jù)傳輸速率為20 MHz或40 MHz的SISO（單天線）和20 MHz的MIMO（基帶處理器多天線）的設(shè)計(jì)，以及藍(lán)牙無線電前端。
要做到這一點(diǎn)，需要一個(gè)新的先進(jìn)的共存方案。這個(gè)工作在MAC級(jí)，以協(xié)調(diào)在2.4GHz頻帶的使用的所有帶寬的。在任何時(shí)候，所有的可用帶寬可以被專用于802.11或藍(lán)牙，只要一個(gè)或另一個(gè)是空閑的。例如，當(dāng)沒有藍(lán)牙通信正在發(fā)生，所有的帶寬的速度可支持802.11n的通信高達(dá)54兆比特/秒。或者，當(dāng)802.11無線電空閑時(shí)，所有在2.4 GHz范圍中的帶寬可以被專門用于藍(lán)牙通信。為了確保特定類型的關(guān)鍵通信，多聲道的質(zhì)量，共存溶液可以智能設(shè)置根據(jù)通信的時(shí)間敏感性質(zhì)不同的優(yōu)先級(jí)。
結(jié)論
有許多方法以最小化干擾的影響：移出擁擠頻帶，使用擴(kuò)頻和跳頻技術(shù)，和增強(qiáng)鏈路更靈敏的接收器和優(yōu)化，以減少外部信號(hào)的影響較高功率的發(fā)射機(jī)和布局。所有這一切都使得工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備設(shè)計(jì)人員權(quán)衡鏈路預(yù)算和鏈路距離，以實(shí)現(xiàn)他們所需要的高度可靠的鏈接。
