用60GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)解決工業(yè)連接

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）在嚴(yán)苛、復(fù)雜以遠(yuǎn)程操作為主的工業(yè)制造環(huán)境中，對(duì)可靠通信的需求不容忽視。先進(jìn)的連接和互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，加速了制造業(yè)向現(xiàn)代化和數(shù)字化轉(zhuǎn)型。工業(yè)應(yīng)用中使用無(wú)線(xiàn)通信已有很多年，初期用于對(duì)起重機(jī)和其他活動(dòng)設(shè)備實(shí)施基本控制，在近幾十年采用更加標(biāo)準(zhǔn)化的無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)之后，開(kāi)始對(duì)更廣泛的終端設(shè)備提供控制。

在工業(yè)場(chǎng)景里，任何單一的無(wú)線(xiàn)技術(shù)都有其優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，很難說(shuō)滿(mǎn)足全部的場(chǎng)景需求，比如低帶寬和低功率技術(shù)就只適合偶爾連接的儀表設(shè)備。與之相反，對(duì)于部署在繁忙廠(chǎng)區(qū)中，有多個(gè)傳感器同步不間斷通信的無(wú)人搬運(yùn)車(chē)，則應(yīng)選擇更高帶寬的連接選項(xiàng)。BLE、5G這種工業(yè)應(yīng)用無(wú)線(xiàn)連接大家已經(jīng)耳熟能詳，60 GHz無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)連接又是怎么一回事呢？

實(shí)時(shí)協(xié)議需要無(wú)延遲無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路

60GHz頻段的毫米波想必大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，這一頻段不像其他我們熟悉的頻段有那么多授權(quán)限制，而且它不像藍(lán)牙、WLAN和5G要走基于數(shù)據(jù)包的發(fā)送協(xié)議。60GHz技術(shù)采用直接發(fā)送的位流，能以最快的速度將無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路打通，幾乎可以媲美有線(xiàn)連接。

無(wú)線(xiàn)連接在革新傳統(tǒng)有線(xiàn)連接的過(guò)程里，最受人詬病的問(wèn)題就是鏈路會(huì)存在延遲。而實(shí)時(shí)性是工業(yè)場(chǎng)景里非?？粗氐闹笜?biāo)，所有基于數(shù)據(jù)包的無(wú)線(xiàn)連接標(biāo)準(zhǔn)都存在鏈路延遲的問(wèn)題，這是技術(shù)本質(zhì)決定的。雖然有些技術(shù)可以將延遲縮短，但是也很難保證從指令發(fā)出到設(shè)備接受并執(zhí)行整個(gè)過(guò)程里延遲不會(huì)超出協(xié)議（如EtherCAT）的要求。

很典型的例子是工業(yè)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用，傳統(tǒng)的無(wú)線(xiàn)連接方案并不是替代線(xiàn)纜的理想選擇，因?yàn)檠舆t很高而且需要對(duì)圖像進(jìn)行壓縮。使用無(wú)線(xiàn)連接帶來(lái)的任何延遲都將提升制造時(shí)間和成本的增加，因?yàn)樯a(chǎn)線(xiàn)要降低速度以適應(yīng)計(jì)算機(jī)所需的處理時(shí)間。同時(shí)，對(duì)于圖像的壓縮也會(huì)增加計(jì)算機(jī)解析捕捉到的圖像的難度。采用60GHz無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)才能規(guī)避傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)連接的弊端，而且能夠讓這些圖像傳感器能夠直接傳輸數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)或連接到無(wú)線(xiàn)鏈路從而連接到控制中心。

幾種60GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)對(duì)比

在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，我們通過(guò)市面上提供60GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)的三家知名廠(chǎng)商的具體產(chǎn)品（MOLEX、ST、ADI）的對(duì)比來(lái)看看這一技術(shù)到底能帶來(lái)哪些性能的提升。首先一點(diǎn)可以確定的是，就技術(shù)本身的特性，60GHz無(wú)線(xiàn)延遲會(huì)小很多，Wi-Fi在以太網(wǎng)傳輸里會(huì)產(chǎn)生20 ms左右的延遲，5G可以將這一延遲減少到1 ms，而60 GHz鏈路的延遲是數(shù)量級(jí)的領(lǐng)先，能縮短到μs，具體的延遲還要視各家的技術(shù)水平而定。

60GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)能顯著提升數(shù)據(jù)傳輸效率，這一點(diǎn)在MOLEX的60GHz無(wú)線(xiàn)連接產(chǎn)品里體現(xiàn)得最為明顯，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾屎托噬媳绕渌麅杉易龅酶?。其?shí)單看幾家60GHz無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品的最高數(shù)據(jù)速率，MOLEX的6Gbps并不是最高的，最高的是ST的6.25Gbps。但是，MOLEX的60GHz產(chǎn)品能夠提供信號(hào)聚合，即利用虛擬管道I/O（VPIO）技術(shù)為低速和高速信號(hào)內(nèi)置信號(hào)聚合功能。VPIO 聚合低速和高速信號(hào)以通過(guò)一條或多條鏈路同時(shí)傳輸，有助于補(bǔ)償影響鏈路性能完整性的實(shí)時(shí)事件，極大提升傳輸效率。

MOLEX

ST的60GHz產(chǎn)品在功耗上更勝一籌，ST60設(shè)計(jì)得尤為緊湊，支持低功耗ASK調(diào)制方案。ST60發(fā)送模式下44mW的功耗，接收模式下27mW的功耗，關(guān)機(jī)模式下3.5μW的功耗已經(jīng)是很低的功耗了。而在最高數(shù)據(jù)速率6.25Gbps下，ST60發(fā)送功耗為7 pJ/bit，接收功耗為5.4 pJ/bit，遠(yuǎn)低于Wi-Fi最低的12.5 pj/bit，是目前該技術(shù)業(yè)內(nèi)最低的功耗。

ST

上面說(shuō)到，60 GHz鏈路的延遲是數(shù)量級(jí)的領(lǐng)先，能縮短到μs。而具體到每一家的技術(shù)，在延遲上ADI的60GHz鏈路延遲是最低的，能將鏈路延遲壓縮到2μs以?xún)?nèi)，比ST的7μs更低。同時(shí)，ADI的60 GHz位輸入/位輸出解決方案，可以無(wú)縫集成到現(xiàn)在工業(yè)場(chǎng)景中正在使用的有線(xiàn)協(xié)議（如IEEE802.3、TSN等）的系統(tǒng)或設(shè)備上，適應(yīng)性很高。

ADI

小結(jié)

雖然工業(yè)場(chǎng)景里60GHz無(wú)線(xiàn)技術(shù)目前應(yīng)用得還不算廣泛，但60GHz無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)使得工業(yè)自動(dòng)化場(chǎng)景有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)延遲無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)連接，既擺脫傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)通信在工業(yè)領(lǐng)域的掣肘，又?jǐn)[脫有線(xiàn)連接的限制。