用60GHz無線技術(shù)解決工業(yè)連接

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）在嚴苛、復雜以遠程操作為主的工業(yè)制造環(huán)境中，對可靠通信的需求不容忽視。先進的連接和互聯(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)應用中使用無線通信已有很多年，初期用于對起重機和其他活動設(shè)備實施基本控制，在近幾十年采用更加標準化的無線連接技術(shù)之后，開始對更廣泛的終端設(shè)備提供控制。

在工業(yè)場景里，任何單一的無線技術(shù)都有其優(yōu)勢和劣勢，很難說滿足全部的場景需求，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，對于部署在繁忙廠區(qū)中，有多個傳感器同步不間斷通信的無人搬運車，則應選擇更高帶寬的連接選項。BLE、5G這種工業(yè)應用無線連接大家已經(jīng)耳熟能詳，60 GHz無線數(shù)據(jù)連接又是怎么一回事呢？

60GHz頻段的毫米波想必大家都聽說過，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線數(shù)據(jù)鏈路打通，幾乎可以媲美有線連接。

無線連接在革新傳統(tǒng)有線連接的過程里，最受人詬病的問題就是鏈路會存在延遲。而實時性是工業(yè)場景里非?？粗氐闹笜耍谢跀?shù)據(jù)包的無線連接標準都存在鏈路延遲的問題，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)行整個過程里延遲不會超出協(xié)議（如EtherCAT）的要求。

很典型的例子是工業(yè)機器視覺應用，傳統(tǒng)的無線連接方案并不是替代線纜的理想選擇，因為延遲很高而且需要對圖像進行壓縮。使用無線連接帶來的任何延遲都將提升制造時間和成本的增加，因為生產(chǎn)線要降低速度以適應計算機所需的處理時間。同時，對于圖像的壓縮也會增加計算機解析捕捉到的圖像的難度。采用60GHz無線連接技術(shù)才能規(guī)避傳統(tǒng)無線連接的弊端，而且能夠讓這些圖像傳感器能夠直接傳輸數(shù)據(jù)到計算機或連接到無線鏈路從而連接到控制中心。

在工業(yè)應用領(lǐng)域，我們通過市面上提供60GHz無線技術(shù)的三家知名廠商的具體產(chǎn)品（MOLEX、ST、ADI）的對比來看看這一技術(shù)到底能帶來哪些性能的提升。首先一點可以確定的是，就技術(shù)本身的特性，60GHz無線延遲會小很多，Wi-Fi在以太網(wǎng)傳輸里會產(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無線技術(shù)能顯著提升數(shù)據(jù)傳輸效率，這一點在MOLEX的60GHz無線連接產(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?。其實單看幾?0GHz無線產(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)品能夠提供信號聚合，即利用虛擬管道I/O（VPIO）技術(shù)為低速和高速信號內(nèi)置信號聚合功能。VPIO 聚合低速和高速信號以通過一條或多條鏈路同時傳輸，有助于補償影響鏈路性能完整性的實時事件，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

上面說到，60 GHz鏈路的延遲是數(shù)量級的領(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以內(nèi)，比ST的7μs更低。同時，ADI的60 GHz位輸入/位輸出解決方案，可以無縫集成到現(xiàn)在工業(yè)場景中正在使用的有線協(xié)議（如IEEE802.3、TSN等）的系統(tǒng)或設(shè)備上，適應性很高。

ADI

雖然工業(yè)場景里60GHz無線技術(shù)目前應用得還不算廣泛，但60GHz無線通信技術(shù)使得工業(yè)自動化場景有機會實現(xiàn)真正的無延遲無線數(shù)據(jù)連接，既擺脫傳統(tǒng)無線通信在工業(yè)領(lǐng)域的掣肘，又擺脫有線連接的限制。

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