基于无线技术物联网电磁兼容及抗干扰探究

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1、基于无线技术物联网电磁兼容及抗干扰探摘要：以物联网应用为背景，讨论了基于无线技术的电磁环境及频谱应用情况，分析了造成干扰的成因及抗干扰的措施，研究了通信抗干扰技术增效对比及抗干扰评估方法并得到了相关结果。该结果对未来无线物联网大规模应用系统的通信干扰问题和电磁兼容研究具有一定的参考价值。关键词：无线物联；电磁环境；干扰成因；抗干扰技术;干扰评估中图分类号：TN972文献标识码：A文章编号：2095-1302(2013)01-0046-030引言依据物联网的定义，从信息传输的角度而言，物联网可以理解为“利用一切通信手段构成智能信息传输的网络”。而

2、从大规模应用技术层面去考量，则多种通信手段的融合就带来了电磁兼容性问题，特别是在无线环境下，通信干扰问题将更加突出。所谓电磁兼容性(EMC),是指电子系统或通信设备工作在指定的环境中，不至于由于无意的电磁辐射而引起性能下降或发生故障的能力；同样，这一系统或设备的工作也不影响其他系统或设备的正常运行。电磁兼容性的反面即电磁干扰(EMI),两者相互依存。无线物联网作为一个复杂的通信网络，在通信抗干扰方面，虽然通信技术体制已给出规范并采取相应措施，但是，由于物联网的广泛性和基于无线环境，特别是目前尚无统一的协调机制，迫切需要进行研究并提出具体的综合解

3、决方案。对于任何一个电子系统或者是信息网络，最佳的EMC应该是从其设计开始就注意EMI问题；如果在原始的设计中没有对EMC引起足够的重视，则必须在投入使用以后采取更多的抗干扰措施，才能使多个系统和设备共存。1无线物联频谱特征概述从通信层面去理解，物联网实质是要利用多种通信手段来构成“网”。从这个意义上讲，无论是有线或者是无线，甚至是光网络都存在兼容性问题。而对于无线网络，抗干扰将是永恒的课题。以目前物联网应用最多的短距离无线通信技术为例，如蓝牙(Bluetooth)、ZigBee、无线USB(WirelessUSB).无线局域网Wi-Fi(IE

4、EE802.llb/g)等，其频谱的拥挤情况就可见一斑。由于这些技术均选择了2.4GHz(2.4〜2.483GHz)ISM频段，再加上无绳电话和微波炉等干扰源，就使得该频段日益拥挤。图1所示是该频段的信号带宽和频谱分布。由图1可以看出，在开放的工业频段，其频带的隔离度已非常窄，仅仅由于功率的远近效应和带外辐射及谐波干扰，就足以影响目前基于无线技术的物联网性能。因此，必须认真分析干扰因素和特征，并有针对性地采用抗干扰技术和措施［1］。2无线物联干扰因素和特征分析物联网提出的时间并不长，同时需要利用多种通信手段，具有相当的复杂性。因此，本课题立足物

5、联网中目前应用较多的无线技术，研究其相互依存和相互影响，借助像IEEE802.15.4标准中的抗干扰协调机制，对完善物联网的开发与应用具有非常重要的意义。就国内而言，物联网的研究与应用已成为业界的热门话题，但这些应用研究仅仅是局部的，或者是单一的，如桥梁健康监测与远程监控、人类健康监测、环境卫生监测、智能交通系统等。目前，无线方式用到的仅仅有RFID、Wi-Fi.蓝牙、无线传感网等，但未来大规模物联网应用，必然带来电磁兼容和抗干扰协调问题。无线环境下，干扰和噪声主要分两类：一类是周期性干扰，如电台干扰；另一类是非周期性干扰，如脉冲干扰和平滑干扰

6、。按噪声和干扰来源分，又有接收机内部噪声、天电噪声、宇宙噪声、人为噪声、无线电干扰等。一般而言，将天电噪声、宇宙噪声、人为噪声称为外部噪声，而将无线电干扰称为干扰［2］o物联网中RFID、Wi-Fi.蓝牙、ZigBee等遇到的电磁干扰除了自身同频相互干扰以外，还来源于广播、电视、雷达、导航、工业等及无线通信系统，如微波中继通信、移动通信、各种无线网络等。总体来说，具体干扰成因有同信道干扰、邻道干扰、多径干扰、发信机的带外杂散干扰、接收机的寄生响应、阻塞干扰（含固定和动态）、互调干扰、工业干扰和自然干扰等。3抗干扰方法与措施3.1通信抗干扰技术与

7、体制现代通信抗干扰技术主要从时间域、频率域、功率域、空间域等几个方面着手，大多独立使用，但更多的时候为了提高抗干扰效果而综合运用。抗干扰技术的选择当然必须和通信系统的体制紧密结合起来，这样才能取得更好的效果。通信抗干扰技术是指实现某种抗干扰技术体制所采用的具体途径和技巧。从抗干扰技术层面而言，主要分成两大类，即扩谱通信抗干扰技术和非扩谱通信抗干扰技术。抗干扰的效能与通信干扰技术体制、通信设备用途、通信频率、数据速率和器件水平等密切相关［3］。针对不同的通信体制，特别是无线技术，电磁兼容问题都有过相应研究和规范，并提供一些技术方案。以IEEE80

8、2.15.4标准为例，其内部就提供了三种机制来保证ZigBee在2.4GHz频段和其他无线技术标准的共存能力。一是空闲信道评估(ClearChanne