无线电简介[白皮书]

2007年10月9日 

与二十年前的微波一样，手机和卫星广播等无线通信产品已然成为当今日常生活的一部分。在未来的几年中，这项技术将从消费品传播到车间。自动化和工艺工程师以及管理人员需要了解无线或射频（RF）技术，以便正确评估和部署许多很快便可以投入使用的无线自动化产品。

对于以空气为通信介质的无线产品，在使用此类产品时所面临的挑战与他们较为熟悉的有线产品是不一样的。无线自动化产品的早期化身常常给买家以神秘和短缺之感。它们的性能不稳定，安装、配置和维护难度高。

幸运的是，新一代无线产品更易于使用。除了功耗远远更低外，这些新产品还易于配置和安装，内置有用于监控无线连接可靠性的工具，并且可以轻松集成现有的有线基础设施。

但在将射频仪器控制系统部署到设施中之前，了解技术的基础知识、其优点和局限性非常重要。本白皮书介绍了射频系统的主要元件，以及它们如何协同工作来点对点传输传感器数据：

• 基本射频元件
• 射频产品设计中常用的频率
• 面向射频信号的不同调制技术
• 环境和干扰对无线电的影响
• 本白皮书是无线技术系列中的首篇

在早期的射频系统中，发射器与一个传感器相连，该传感器用于传输信息给一个简单的接收器。早期系统的带宽有限 - 它们广播的频率范围和在该频带中传输的数据量也有限。数据通常在单一频率传输，这类系统称为窄带系统。

由于早期集成电路（IC）技术的局限性，发射器只能发射，接收器只能接收。没有双向通信，就无从知晓接收器是否在接收发射器发送的所有信息。

另外，有时接收器收不到信号，因为信号可能在它们反射或穿透墙壁或文件柜等物体时降级或衰减。射频系统未觉察到传输的信号丢失，因为接收器无法确认（简称ACK）或接收。

由于可靠性差，这些系统的试用者通常很失望，并且对射频系统心生厌弃。

在DS系统中，要发送的数据（或输入信号）被应用于一种叫做扩展器的电路，该电路使用软件将唯一编码序列应用于数据。系统将数据随机扩展到带宽上，并在特定时间以极低的功率水平将其输出到空中。

在无线电链路的另一端，接收器基本会在同一时间侦听信号的低电平，并对数据应用相同的编码序列。如果数据看起来很有意义，接收器会将其处理到发射器的输出。如果信息没有意义，则接收器会认为它是噪声并丢弃此信息。

唯一编码序列是关键因素，因为它能让许多不同的DS系统使用相同的频率范围而不会相互干扰。 

在FH系统中，带宽的使用有所不同。在这些系统中，带宽被分解成多个较小的频带或信道。系统则分解数据，并将数据传输到较小的块中。然后，发射器根据称为跳码模式的唯一模式，在各种信道上广播这些块。

接收器与发射器同步，并以跳码模式的顺序侦听唯一的信道。数据即以这种方式重新组装并从RF系统输出。

在一个完美的世界里，没有任何干扰，只有非凡的无线电设计师，无比良好的环境，DS和FH系统的工作同样出色。但世界并不完美，干扰的确存在。一旦我们走出实验室，进入世界各地的汽车厂、炼钢厂、精炼厂和谷物生产基地，环境因素（如无线电波吸收和反射）都会对无线电性能产生显著影响。  

在特定信道的给定频率下接收的概率会在特定时刻变化。这就是为何手机连接可能掉线的原因，即使双方在通话时站住不动。掉线的信号被称为无线电链路丢失。

解决问题的一种方法是根据预定义的模式改变频率或跳频。通过跳频，如果一个频率的干扰阻止了数据包的接收，发射器将移到模式中的下一个频率并重新发送数据包。

另一种替代方法是特意在发射器和接收器之间建立多条路径。这种替代方法在即将发布的有关网络的白皮书中会进行更详细的讨论。 

干扰源即阻止无线电信号或产生电干扰的物体。干扰源会反射、折射或吸收无线电信号，导致信号丢失。常见的干扰源包括物体、墙壁、天花板和其他无线电设备。与无线电链路丢失问题一样，跳频同样有助于稳定路径。

对于SureCross系统，邦纳已经开发出了900 MHz频带和2.4 GHz频带的产品。

邦纳之所以选择900 MHz频带，是因为它支持远距离，设计不贵，数据吞吐率超过了大多数预期的检测应用的需求。

邦纳还提供2.4 GHz设计，因为900 MHz系统不能在欧洲或亚洲许多地区使用，而2.4 GHZ在全球范围内得到广泛接受。它为数据密集型应用提供更高的带宽，换言之，传输较小的数据包所需的时间更少，这可以延长电池寿命。此外，收发器元件也可以广泛获取。

邦纳SureCross系统使用跳频来提高可靠性。它将900 MHz和2.4 GHz频带分为27个唯一信道。在这27个信道中定义了16个唯一的伪随机跳频模式 - 由网络ID决定要使用的跳频模式代码。三十二款不同的邦纳SureCross系统可以在相同的物理空间共存，而且不会发生干扰：16 MHz在900 MHz下工作，16 GHz在2.4 GHz下工作。