基于无线技术的物联网电磁兼容与抗干扰探讨

柏青青，肖雨

重庆市信息通信研究院，重庆 401336

0 引言

电磁兼容性就是通信设备或是电子系统在指定环境中进行工作，无意出现的电磁辐射并不能直接引起其故障或是导致性能下降，并且在同样的设备或是系统之中，只要其处于正常运行的状态，也不会导致其他设备或是系统的正常运行受到影响。与电磁兼容性相反的即为电磁干扰，二者之间体现出相互依存的关系[1]。无线物联网属于一类复杂程度较高的通信网络，虽然当前其相应的技术体系已经在通信抗干扰方面开始应用规范性良好的措施，但是因为物联网以无线环境为基础，同时自身具有广泛性的特点，所以当前尚不具有可以统一使用的协调机制，也就需要及时根据实际情况提出应用效果最好的综合解决方案。

任何信息网络或是电子系统中，最好的EMC均应由设计环节就开始注意相关问题，若原始设计工作对于EMC不够重视，后续则必须开展更大规模的抗干扰工作，方可保障数个系统与设备持续共存。

1 物联网干扰因素及特征分析

物联网的使用应用时间相对不长，需要在其中同时应用不同的通信手段，所以复杂程度相对较高，也就需要针对当前物联网中应用频率较高的各项无线技术，了解其间相互进行影响的具体情况，以促使物联网的应用得到进一步完善。虽然物联网的应用已经受到了越来越多的重视，但是多为应用在局部，例如应用于桥梁健康情况监测、环境卫生情况监测以及智能交通状态监测等多个方面，其中应用的方式也以蓝牙、Wi-Fi以及无线传感网为主。如果对物联网进行更大规模的应用，则极易导致其中出现电磁兼容以及抗干扰相关的问题[2]。

在无线环境中，干扰情况主要可以被分为两个类型，分别是“周期性干扰”以及“非周期性干扰”，前者一般包括电台干扰等情况，后者一般包括平滑干扰以及脉冲干扰等情况。但是如果按照干扰来源对其进行划分，则可以将其划分成为无线电干扰、人为干扰等。与此同时，其中还存在一定程度的噪声干扰，一般将噪声称为“外部噪声”，将无线电干扰称为“干扰”[3]。

2 电磁兼容与抗干扰的重要意义

2.1 避免不同系统间产生干扰

通常来说，在无线设备进入到工作状态中以后，其能够持续释放信息电磁波，并将其传至无线设备，以落实工作指令。由此，在日常生产生活的空间之中存在诸多通过无线设备系统进行释放的电磁波，且在电磁波数量的不断增加的背景之下，其间难免出现相互影响或相互干扰的情况，甚至可能导致部分信息在传输的过程中被中断，进而导致信息传播效果受到严重影响。例如一边用电脑一边用手机时，电脑或是手机会出现轻微的噪声，此即为二者之间的电磁波相互产生干扰；或是飞机飞行过程中手机必须关机，因为电磁波干扰可能导致飞机定位功能相关的雷达电磁波受到影响。若能够实现电磁兼容或良好的抗干扰能力，则可大幅提升各项信息进行传播的效率，也就能够为日常生产生活提供更多的便捷[4]。

2.2 避免同一系统内产生干扰

在部分规模较大的系统或设备进入到运行状态以后，其能够导致其他设备受到电磁波的干扰，甚至导致与自身具有密切关联性的其他设备受到干扰，例如在汽车行驶过程中，汽车自身产生的电磁波能够导致汽车内置的收音机设备受到干扰，虽然对于汽车收音机正常应用产生的不利影响较为轻微，但是若此类情况出现在重大活动或是大型实验之中，电磁波干扰能够产生的不良影响将更加显著[5]。由此可见，针对无线物联网电磁兼容及抗干扰能力进行研究十分重要。

3 抗干扰措施

3.1 通信抗干扰技术与体制

所谓通信抗干扰技术，也就是在应用某一抗干扰技术体制时，需要应用的技巧以及途径，可以将其划分成为两个类型，分别是“扩普通信抗干扰技术”以及“非扩普通信抗干扰技术”。一般来说，对通信抗干扰技术进行应用，可以从空间域、频率阈、功率阈以及时间域等不同的角度入手，且不同类型的抗干扰技术主要处于独立发挥作用的状态，但是如果能够根据实际情况进行综合应用，则抗干扰效果可以得到显著提升。需要注意的是，选择抗干扰技术时，必须以通信系统体制为基础，做出最合理的决定[6]。但是从整体上来看，抗干扰技术的实际应用效果能够受到通信频率、通信设备、用途通信、干扰技术体制、器件水平以及数据速率等多方面因素的影响。

当前无线物联网已经得到广泛应用，几乎不可能完全实现电磁干扰的屏蔽，且若盲目开展屏蔽操作，极易导致各类相关设备的正常运行受到影响，所以必须积极寻找更加适宜的方式对电磁波干扰进行控制，以切实解决当前存在的各项问题。从实际上来看，可以尝试采用以下三类技术促使无线物联网电磁兼容及抗干扰能力得到提升。

3.1.1 空闲信道评估技术

无线互联网对信息进行传播，需要应用空间内的电磁波。对于电磁波，可以根据其自身的频率将其划分成为多个频率段，需要采用同一频率段的电磁波对信息进行传输的通道，即为“信道”。以此为基础，应用空闲信道评估技术，可以尽可能选择没有电磁波或是电磁波数量相对较少的信道开展信息传播工作，由此，高频信道中出现信息传输冲突的可能性大幅度降低，且无线物联网的应用过程可以实现电磁兼容以及较好的抗干扰效果[7]。IEEE物理层可以在碰撞避免机制中呈现出对CCA进行提供的能力，也就是说，如果其他设备占用信道，则传输可以退出，且不需对通信协议进行考虑。

3.1.2 动态信道选择技术

从实际上来看，电磁波传播工作中并不具有必须采用某一信道的具体规定，所以在对信息进行传输时，可以选择应用动态信道选择技术。该方法需要针对电磁波信道进行随时的评估，并以此为基础，在固定的时间段内选择信息传播效率更高的信道进行应用。因为实际的信息传播工作可以采用随机的方式对信道进行选择，所以在进行信息传输的过程中，可以相对随意的变换信道，也就是可以选择传输信息更加顺畅的信道开展工作，从而更加有效地避免高频信道中出现冲突，也可以提升信息传播的效率。ZigBee个人区域网之中所包含的协调器，应该首先针对全部信道进行扫描，之后选择一个与之相适应的ZigBee个人区域网加入其中，而非重新创建。由此，同一频段之中的ZigBee个人区域网的数量可以大幅度减少，也就更有利于对潜在的干扰起到有效地控制作用。而如果重叠信道中出现干扰源，协调器上层软件则能够及时采用信道算法对新信道进行合理选择。

3.1.3 选择信道算法技术

对选择信道算法技术进行应用，首先应该合理评估无线通信过程中电磁波的强度，并根据评估结果进行合理选择。应该选择对信息传播产生影响或者干扰尽可能小的信道作为信息传播渠道，也就是说，在传播信息的过程中，应该保障自身的电磁波强度大于干扰电磁波强度，方可避免自身受到电磁波干扰。对选择信道算法技术进行应用的过程中，信道频带间距中的能量不可为零，且与此同时，其相对信道内来说能量更低，可以将此类型的信道作为工作信道，以对系统存在的干扰进行有效控制。

以上三个类型的技术在通信链路层次之中，仅属于基础的抗干扰技术和技术体制，也就是仅能针对通信信道干扰问题进行解决。但是在经济和科技高速发展的背景之下，无线物联网必然需要得到持续发展，也就必然能够逐渐发展至通信网络层面，进而需要针对通信网络开展抗干扰工作。而所谓“通信网络”，也就是在某一固定范围内采用某一协议将，同一类型的通信设备、系统、链路、接口设备等进行相互连接，从而构成的网络。此类型的网络更加复杂，其中的抗干扰工作难度也就随之增加。

3.2 扩频抗干扰技术

扩频抗干扰技术的应用重点即在于对无线通信频谱进行拓展，通过无线通信频道对隐藏的、具有应用价值的信息进行获取，从而可以起到抗干扰和保密的作用，属于一类较为典型的通信模式。并且从整体上来看，在扩频抗干扰技术之中，应用频率最高的模式即为序列方式，其属于能够对通信频谱进行拓展的一种方式，可以实现信息的传输，且抗干扰能力相对较强，有利于实现信号保密性的提升，所以时常在卫星通信过程中进行应用。

3.3 跳频抗干扰技术

跳频抗干扰技术的应用时间相对较长，并且应用效果良好，通常在民用的通信技术抗干扰中进行应用。该项技术可以实现跳转频率，相对于部分固定形式的无线通信来说，跳频技术更易实现无线通信的扩展，但是其中的跳转速度能够对抗干扰性能产生影响。一般来说，跳频调整速度高，相应的抗干扰性能即相对较强，在跳频技术获取到频谱之后，相应的抗干扰能力可以进一步增强，并且频谱的宽度越大，其中的抗干扰性能就越好，所以在对跳频技术进行应用时，需要采用提升跳频速度的方式，促使其中的抗干扰能力可以得到提升。

3.4 混合抗干扰技术

为了切实提升无线抗干扰的效果，通常需要对多项技术进行混合应用，例如混合应用抗干扰技术以及抗旱技术，二者相结合能够体现出的抗干扰能力，相对于一种技术的单一抗干扰能力更强，且其中不足之处能够产生的影响更加微弱，所以可以在适当的情况下，选择应用混合技术的形式，对单一技术中存在的不足之处进行弥补。但与此同时，如果干扰设备自身的复杂程度较高，通过采用调频技术混合直接序列的形式，可以获得相应的信号，同时获得宽度更大的频谱，可以促使该项技术的应用效果得到进一步提升。

4 通信抗干扰评价

4.1 通信干扰强度评价

在通信系统之中，通信干扰情况的强弱程度能够持续发生变化。从实际情况上来看，在通信系统之中，干扰强度最大时，干扰信号的体积可以增长至通信信号体积之上，而对干扰强度进行有效控制之后，干扰信号的体积则可逐渐进行缩减，并逐渐小于通信信号体积。所谓“信号体积”，也就是信号频率、功率、存在时间三者之积。为了对通信效果有效维持，必须持续保持干扰信号体积在通信信号体积之下。

4.2 通信抗干扰技术性能分析

为了对干扰信号进行有效控制，同时尽量避免误码情况出现，当前在无线物联网络中，跳频技术的应用频率较高，且经过反复试验之后，可以认为，当前无线环境中出现的干扰类型主要为白噪声干扰、多径干扰、动态阻塞干扰以及固定阻塞干扰等。不同类型的干扰成因不同，也就需要应用具有差异性的抗干扰技术进行具有针对性的抗干扰处理，且能够呈现出的抗干扰处理效果也各不相同。

4.3 通信抗干扰评估方法

为了能够充分实现抗干扰的目的，必然需要在通信网络之中采用合理的技术部措施，也就需要首先针对抗干扰方法能够产生的效果进行评估。一般情况下，评估工作可以从以下几个方面入手：①采用综合评估方法，针对评估对象的用途和特点进行评估；②根据相应的规则对相应的指标体系进行选择；③采用合理的算法针对多项指标开展综合评估工作。通常来说，对评估方法性能进行衡量的方法通常包括以下：①借助计算机仿真软件开展分析工作，该方法具有操作便捷、成本低廉且能够对实际通信场景进行模拟的优势，不足之处则在于访问时间过长，且不能在仿真过程中对场景进行重现；②采用理论分析的方式，获取与算法和性能所对应的理论表达式，该方式具有准确率较高的优势，不足之处则在于不能在复杂环境中进行应用，且应用过程中能够受到的限制较多。

5 结语

在无线物联网中实现电磁兼容以及抗干扰能力的提升，即在不导致其他设备正常通信受到影响的基础上，提升自身的信息传播效率，以提升相关工作的质量和效率。当前我国经济和科技均处于高速发展的状态当中，无线物联网的应用频率必然越来越高，电磁兼容与抗干扰技术的发展也就越来越重要，所以必须针对其进行更加深入的研究，促使无线物联网技术的应用效果得到不断提升，进而能够为各个行业的持续发展进步提供重要动力。