在工业环境中无线通讯的干扰和安全考虑
日期：2008-7-18 13:48:36 来源：本站整理
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从传统的窄带宽到现在非常复杂的扩展频谱技术，大量的无线电技术已经应用于工业环境。
考虑到他们的安全准确的性能，这里所展示的是最常见的窄带宽和扩展频谱技术。
窄带宽与扩展频谱操作
传统的无线电信号是指窄带宽，即主要集中在RF很窄的一段范围之内。联邦通讯委员会传统上很喜欢这种无线电通讯就是因为这个原因。
但是，也有不好的一面，窄带宽无线通讯信号对于同样频率或临近频率的信号很容易被干扰，简单的边带或是更强大的连续信号可能完全阻断窄带宽通讯。另外，因为这些信号的频率范围比较固定，所以窄带信号很容易被检测和截取。
相反，扩频无线通讯（SSR）信号，在无线频率带宽的很大一段范围内通讯，通常对干扰也有很强的抵制能力——这些干扰通常来自同时存在的信号或是蓄意干扰。
而且，也正是由于使得SSR对于干扰的影响较小的这个特性，也使得它比较难检测和截取。为此，SSR技术长期以来在军事通讯上使用，在1980年以后，有一些已经销密了。
值得注意的是，一些SSR技术，如频移键控（FSK），可能依赖比较窄的频率带宽，因为边带和饱和，对于一些复杂因素仍然是敏感的。
跳频扩频（FHSS）
FHSS是一项高度安全的扩频无线通讯类型。FHSS广泛的应用于通讯传输之中，在这些通讯中，信号被窄带宽的载波信号调制，这些载波信号在各种频率之间随机但是可预计的跳跃，取决于所在频率的范围（图1）。
这项技术是高度抗噪声干扰的，因为与窄波信号相比，如果在同时且以相同的频率传输时，将只会影响扩频信号。如果某些特定的信号的确遇到干扰，数据会在下一个跳变上重新发送。
图1 调频扩频技术以预定的模式在某些频率范围内进行信号跳变
传输频率由分布的或是跳变的序列决定。现场的设备或是工作站必须是完全同步的，在同一时刻以相同频率传输或是接听。因为任何未授权的接听设备都不会知道跳频图案，所以干扰就变的十分困难。
使用FHSS，安全性和抗干扰性都十分出色，当与其它信号并存时，它具有非常大的容纳性。甚至与大量无线信号共存时，干扰的可能性也是极端微小的。因为每个信号的传输过程都是毫秒级的，而且能量很低。而且，一旦有两个跳变干扰的情况发生，数据会在下一个跳变的时候重新发送。
在工业上使用的大多数霍尼韦尔系统都是采用的900MHz ISM（工业、科学和医药）频段，我们现在还没有任何被900－MHz无线设备的干扰的记录。
直接序列扩频
DSSS（直接序列扩频）是SSR的另外一种形式，SSR通常用于宽带通讯，无线以太网，包括日益增加的通用802.11无线网络。
DSSS数据信号根据传播比率在频段或是通道上传输。每个代码位需要传输的每个位包含一个冗余代码，增加了信号的抗干扰能力。如果在传输过程中，一个或是多个位有破损，原始数据就会重发。通常的操作是在2.4－GHz的范围内。DSSS跨频域传送，并在传输同时寻找干扰信号。如果某个数据包被干扰或是截取，那么这个数据包将会被重发。
DSSS技术现在已经在更加强大的基于微波的网络中使用。
无线可选方案对比
在大多数应用上，FHSS使很多信号共存而不发生干扰的最佳选择。另外，DSSS，具有非常高的共存能力，通常情况下，不会与共存信号产生干扰。尽管 DSSS可能是在给定环境下最容易失败的，但是，如果设计适当，即使在比较恶劣的工业环境之下，也可以可靠安全的工作。
最后，因为每一个工业环境都是不同的，可能为有效的RF通讯提供不同的障碍，在决定哪种技术比较适合给定的实际应用时，首先建议进行一个调查研究。
图2 无线通讯技术可选方案，范围由1到5（由低到高）
摘自中国工控网
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考虑到他们的安全准确的性能，这里所展示的是最常见的窄带宽和扩展频谱技术。
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窄带宽与扩展频谱操作
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传统的无线电信号是指窄带宽，即主要集中在RF很窄的一段范围之内。联邦通讯委员会传统上很喜欢这种无线电通讯就是因为这个原因。
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但是，也有不好的一面，窄带宽无线通讯信号对于同样频率或临近频率的信号很容易被干扰，简单的边带或是更强大的连续信号可能完全阻断窄带宽通讯。另外，因为这些信号的频率范围比较固定，所以窄带信号很容易被检测和截取。
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相反，扩频无线通讯（SSR）信号，在无线频率带宽的很大一段范围内通讯，通常对干扰也有很强的抵制能力——这些干扰通常来自同时存在的信号或是蓄意干扰。
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而且，也正是由于使得SSR对于干扰的影响较小的这个特性，也使得它比较难检测和截取。为此，SSR技术长期以来在军事通讯上使用，在1980年以后，有一些已经销密了。
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值得注意的是，一些SSR技术，如频移键控（FSK），可能依赖比较窄的频率带宽，因为边带和饱和，对于一些复杂因素仍然是敏感的。
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跳频扩频（FHSS）
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FHSS是一项高度安全的扩频无线通讯类型。FHSS广泛的应用于通讯传输之中，在这些通讯中，信号被窄带宽的载波信号调制，这些载波信号在各种频率之间随机但是可预计的跳跃，取决于所在频率的范围（图1）。
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这项技术是高度抗噪声干扰的，因为与窄波信号相比，如果在同时且以相同的频率传输时，将只会影响扩频信号。如果某些特定的信号的确遇到干扰，数据会在下一个跳变上重新发送。
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图1 调频扩频技术以预定的模式在某些频率范围内进行信号跳变
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传输频率由分布的或是跳变的序列决定。现场的设备或是工作站必须是完全同步的，在同一时刻以相同频率传输或是接听。因为任何未授权的接听设备都不会知道跳频图案，所以干扰就变的十分困难。
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使用FHSS，安全性和抗干扰性都十分出色，当与其它信号并存时，它具有非常大的容纳性。甚至与大量无线信号共存时，干扰的可能性也是极端微小的。因为每个信号的传输过程都是毫秒级的，而且能量很低。而且，一旦有两个跳变干扰的情况发生，数据会在下一个跳变的时候重新发送。
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直接序列扩频
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DSSS（直接序列扩频）是SSR的另外一种形式，SSR通常用于宽带通讯，无线以太网，包括日益增加的通用802.11无线网络。
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DSSS数据信号根据传播比率在频段或是通道上传输。每个代码位需要传输的每个位包含一个冗余代码，增加了信号的抗干扰能力。如果在传输过程中，一个或是多个位有破损，原始数据就会重发。通常的操作是在2.4－GHz的范围内。DSSS跨频域传送，并在传输同时寻找干扰信号。如果某个数据包被干扰或是截取，那么这个数据包将会被重发。
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DSSS技术现在已经在更加强大的基于微波的网络中使用。
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无线可选方案对比
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在大多数应用上，FHSS使很多信号共存而不发生干扰的最佳选择。另外，DSSS，具有非常高的共存能力，通常情况下，不会与共存信号产生干扰。尽管 DSSS可能是在给定环境下最容易失败的，但是，如果设计适当，即使在比较恶劣的工业环境之下，也可以可靠安全的工作。
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最后，因为每一个工业环境都是不同的，可能为有效的RF通讯提供不同的障碍，在决定哪种技术比较适合给定的实际应用时，首先建议进行一个调查研究。
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图2 无线通讯技术可选方案，范围由1到5（由低到高）
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