用于工业应用的无线局域网

随着无线技术在加工和制造业中的应用越来越多，在全球免费2.4 GHz ISM频段上运行的IEEE 802.11b/g/n产品的安装基础也在增加。除了无线局域网IEEE 802.11b/g/n之外，其他无线技术如蓝牙技术、IEEE 802.15.4/ ZigBee/Wireless HART和一些专有技术也在2.4 GHz频段工作。由于如此多的技术挤在同一频段，可能会出现干扰问题。为了确保工业无线解决方案的健壮性，基本上有两种解决方案:

1. 进行广泛的频率规划，并在工业2.4 GHz设置中使用特殊的天线解决方案(如泄漏电缆)，或者
2. 2.4 GHz频段用于办公和IT通信，5ghz频段用于制造和M2M通信。

区别:渠道，使用

无线局域网的IEEE 802.11b/g无线电使用2.4 GHz频段(2.412-2.472 GHz)， IEEE 802.11a无线电使用5 GHz频段(5.180-5.825 GHz)。IEEE 802.11n无线电可以在任意一个频带中工作。有以下世界性的实现属性:

• 2.4 GHz ISM频段提供13个重叠的信道，平均分布在频率上，加上日本使用的第14个信道，中心频率为2.484 GHz。这样在2.4 GHz频带中只剩下三个不重叠的信道可用。为了避免无线局域网连接设备之间的干扰，必须非常有效地利用这些信道。安装需要仔细的频率规划或昂贵的安装解决方案，如泄漏电缆。换句话说，安装成本很容易高于实际安装的无线设备。
• 5ghz ISM频段分为U-NII频段，通常命名为U-NII-1、U-NII-2、U-NII-2e和U-NII-3;u - ni -3并非在全球免费提供。总共有23个不重叠的频道，其中4个有基于位置的限制

今天，大多数可用的5ghz频段无线局域网解决方案使用频率为36-48的u - ni -1频段(5.18-5.24 GHz)。然而，也有一些供应商已经扩展了范围，包括频率通道52-140的u - ni -2/2e频段(5.26-5.70 GHz)。

每种标准的优缺点

无线局域网IEEE 802.11b/g/n已经很好地建立了其庞大的安装基础和广泛的产品。除了广泛使用外，2.4 GHz频段还具有在全球可用的ISM频段中工作的优势。此外，与使用更高频率的5 GHz频段的无线电相比，使用相同输出功率的2.4 GHz实现的范围更好。

整个5ghz ISM频段无法在全球范围内使用。此外，与2.4 GHz频段相比，组件和产品的可用性仍然有些有限。

5ghz频段最大的优点是23*不重叠信道的可用性;比2.4 GHz频段的可用信道多20*。由于没有其他无线技术“争夺”无线电空间，23*可用的非重叠信道可以提供更容易规划无干扰和稳定的无线通信的可能性。5ghz频段的另一个优点是，更多的可用信道提供了更高的密度，这意味着在相同的无线电环境中可以连接更多的无线设备。

雷达探测，DFS

在u - ni -2/2e频段(信道52 -140，频率范围5.260-5.725 GHz)使用无线局域网需要雷达检测。在动态频率选择(DFS)功能的操作上下文中，设备应作为主设备或从设备运行。从设备(通常是基础设施中的客户端)的需求如下:

• 从设备在从主设备接收到适当的使能信号之前不应传输数据。
• 一台从设备应在被一台主设备指示时停止它的所有数据传输。
• 作为从属设备操作的设备应仅在由作为主设备操作的设备控制的网络中操作。

主设备(通常是ad-hoc模式网络中的接入点或主设备)的需求不同于从设备的需求。主设备的要求是:

• 主设备应当探测雷达信号。
• 主设备只能在可用通道上启动操作。
• 正常运行时，主设备应监控运行通道(在役监控)。
• 如果主设备在运行监控期间检测到雷达信号，主设备应指示其所有关联的从设备停止在该信道上传输。

有些设备能够在不连接到网络的情况下以特别方式进行通信。Ad-hoc设备形成点对点通信通道，其中一个设备充当主设备的角色，因此承担DFS需求和主设备的所有适用需求。

范围和性能，2 GHz和5 GHz

5ghz频段的无线电波长是2.4 GHz频段的一半。因此，使用5ghz频段的无线电模块将比使用相同输出功率的2.4 GHz频段的无线电模块具有更窄的范围。由于这取决于所考虑的地点的无线电条件，因此很难预测距离会减少多少。此外，不同的材料吸收频率不同，这也极大地影响了范围。

要了解确切的范围，必须对解决方案进行现场测试。

在5ghz频段的工厂中进行的测试表明，在自由视线范围内，该范围可以达到50米到100米。障碍物、干扰、材料和大数据包的使用会大大减小距离。

5ghz提供优势

利用5ghz频段进行无线局域网通信，可以获得许多优点并降低成本。通过增加23*可能的无线局域网信道，频率规划、密度(无线电覆盖空间内有源无线设备的数量)和安装复杂性都可以显著提高。使用5ghz的一个额外好处是，2.4 GHz频段可以用于其他无线电技术。

这些优势加上5ghz工业产品的不断增加，将在不久的将来大大增加5ghz频段的使用。到目前为止，5ghz在工业应用中的使用或多或少局限于产品，例如较小的接入点和小型紧凑型客户端(基于与接入点相同的平台)。市场上已有用于集成各种工业产品的OEM无线模块，以及用于集成小型设备和现有基于串行通信的产品的串行无线局域网客户端。

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*对于FCC频道120-132，由于终端多普勒天气雷达(TDWR)(参考FCC KDB 443999)的干扰风险，限制在机场附近使用。加拿大要求限制120-128频道。

——Rolf Nilsson是connectBlue的首席执行官。编辑:马克T.霍斯克，内容经理，CFE媒体，控制工程;打电话给他。mhoske@cfemedia.com．www.connectblue.com

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