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04/06/2009 選擇工業用無線技術的五項重要準則
無線應用持續為所服務的各種產業帶來了廣泛的新性能,例如實現全新的監控能力、增加現有設備的彈性化,以及降低營運與流程管理成本。為了因應這一趨勢,許多不同類型的無線技術和應用也正迅速湧現,以滿足日益成長的需求。

 

尤其是在工業領域中存在著一些特殊的挑戰,但許多傳統的無線技術並非專為解決這些問題而設計。這些挑戰包括較高的可靠性、較低的系統功耗,以及在RF干擾嚴重的外在環境中仍可良好運作的能力;當然,同時還必須具備高性價比。

 

由於越來越多的無線應用爭相使用同一RF空間,導致頻譜過於擁擠,使得無線技術的應用擴增也成為一項挑戰,並使得現有的挑戰變得為複雜。如何為某項特定應用選擇一種足以因應這些挑戰的最佳技術,工程師們必須考量可靠性、簡易性、功效、傳輸範圍和成本等多項重要指標。

 

可靠性

可靠性(reliability)是指在工業領域中存在多種干擾或阻礙的情況下,無線系統仍得以成功實現通訊的能力。我們可以根據無線系統的某些特性參數來判斷其可靠性。

 

* 所使用的RF頻譜:無線系統通訊所使用的實體RF頻譜

* 接收靈敏度:收發器完成通訊必須接收到的最小訊號

* 輸出功率:能夠輸出多大的訊號

* RF捷變能力:為避免干擾而在RF頻譜中變動的能力

* 抗干擾性:在充斥干擾的情況下仍能於特定頻道中通訊的能力。

 

由於RF波的實體特質造成其頻譜的使用高度取決於外在環境因素。頻率越低,波長越長,也就越不容易被液體和強化混凝土等典型的製造材料所吸收。

 

然而,RF頻譜及其用途受到高度管制,以便儘可能降低與其它無線通訊技術的干擾。某些地區或國際組織針對部份免授權的通訊應用,也保留了幾個RF頻段,即工業、科學與醫療(ISM)頻段。在這些頻段中,主要使用了2.4GHz的頻率。在這一頻段中,由於訊號波長短,很容易迅速地被不利於RF傳輸的外在環境所吸收,因此,我們必須更為注意其它影響可靠性的變數。

 

結合接收靈敏度、輸出功率和抗干擾性等所有特性,可共同形成一個更為宏觀且更重要的可靠性指標──鏈路預算(link budget)。鏈路預算是接收靈敏度、輸出功率和抗干擾性的絕對值。系統的接收靈敏度越高、輸出功率和抗干擾性越大,鏈路預算就越大。鏈路預算越大,RF吸收與RF干擾對系統造成影響的可能性就越小,實現可靠通訊的能力也越強大。

 

收發器的接收靈敏度和輸出功率強烈取決於所使用的零組件,以便能夠易於進行評估與比較;但抗干擾性大多取決於為改善無線收發器可用性而建置的技術。目前用於直接改善抗干擾性的最佳技術之一是直接序列擴頻(DSSS)調變。

 

DSSS調變基本上是一種導入前向糾錯(FEC)來傳輸訊號的方式,可減少因訊號干擾所造成的數據損耗。特別是DSSS通常根據發射器和接收器共用的虛擬隨機(pseudorandom)雜訊碼,將一連串數據編碼至規模更大的位元串流中。圖1顯示了將8位元數據編碼為32個晶片(Chip)數據的過程,此處的4個晶片等於1位元。

 
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