引言

當(dāng)今科技發(fā)展日新月異，從數(shù)字化城市到智慧化地球，人類正向著一個(gè)更加發(fā)達(dá)、先進(jìn)、文明的社會目標(biāo)邁進(jìn)。物聯(lián)網(wǎng)概念的提出，被人們譽(yù)為是一次新的技術(shù)革命。只要在物體中嵌入一個(gè)微型感應(yīng)芯片，再借助無線或有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，人們就可以和物體“對話”，物體和物體之間也能“交流”，這就是物聯(lián)網(wǎng)。

依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的定義，從信息傳輸?shù)慕嵌瘸霭l(fā)，物聯(lián)網(wǎng)可以理解為“利用一切通信手段構(gòu)成智能信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)”。而從應(yīng)用技術(shù)考量，那么，多種通信手段的融合，勢必會帶來電磁兼容性和抗干擾協(xié)調(diào)問題,特別是在無線環(huán)境下，這些因素尤為重要。

1  物聯(lián)網(wǎng)中的電磁兼容和抗干擾

廣義上的電磁兼容性(EMC)是指電子系統(tǒng)或通信設(shè)備工作在指定的環(huán)境中，不至于由于無意的電磁輻射而引起性能下降或發(fā)生故障的一種能力；反之,這一系統(tǒng)或設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)和工作時(shí)，也不能影響其他系統(tǒng)或設(shè)備的正常運(yùn)行。電磁兼容的反面即電磁干擾(EMI)，兩者互相對立和依存。

對于任何一個(gè)電子系統(tǒng)或者信息網(wǎng)絡(luò)，要想得到最佳的EMC,應(yīng)從其設(shè)計(jì)開始就高度重視EMI問題;如果在原始的設(shè)計(jì)中沒有對EMC引起足夠的重視或規(guī)劃,則必須在投入使用以后釆取更多抗干擾措施，以使多個(gè)系統(tǒng)和設(shè)備共存，這將大大損害系統(tǒng)和設(shè)備的正常使用和運(yùn)行。因此，從通信層面去理解，物聯(lián)網(wǎng)實(shí)質(zhì)上是要利用多種通信手段來構(gòu)成“網(wǎng)”。并且,物聯(lián)的概念提出的時(shí)間不長，通信協(xié)議還沒有完全做到規(guī)范統(tǒng)一，從這個(gè)意義上講,無論是有線或是無線，甚至是光網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域都存在兼容性問題。

當(dāng)前，用于無線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（WPAN,WirelessPersonalAreaNetwork）范圍的短距離無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)得到了迅速的發(fā)展，典型的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有藍(lán)牙（Bluetooth）、ZigBee,無線USB（WirelessUSB）、無線局域網(wǎng)Wi-Fi（IEEE802.llb/g）等。而物聯(lián)網(wǎng)較多運(yùn)用這些短距離無線技術(shù)構(gòu)成接入網(wǎng)，所以它們的電磁兼容問題日益凸現(xiàn)「刃。由于這些無線技術(shù)均選擇了2.4GHz（2.4?2.483GHz）ISM的開放工業(yè)頻段，再加上無繩電話和微波爐等大功率干擾源的共存,使得該頻段日益擁擠和復(fù)雜，根據(jù)這幾種短距離無線技術(shù)射頻頻譜設(shè)置情況，所得到的ISM開放頻段各種信號帶寬和頻譜分布圖如圖1所示。

如果從電磁干擾（EMI）的角度去理解，無論是電信號還是光信號,在傳輸或傳播過程中都要經(jīng)受各種衰落和損耗。同時(shí)，通信信號還要受到其他信號的干擾,這種干擾通常還包括噪聲。干擾和噪聲是影響通信性能指標(biāo)的重要因素。接收機(jī)能否正常工作，不僅取決于輸入信號的大小，更取決于噪聲和干擾的大小。一般情況下，干擾和噪聲主要分兩類，即周期性干擾（如電臺干擾）和非周期性干擾（如脈沖干擾和平滑干擾）；按噪聲和干擾來源又可分為接收機(jī)內(nèi)部噪聲、天電噪聲、宇宙噪聲、人為噪聲、無線電干擾等。通常將天電噪聲、宇宙噪聲、人為噪聲稱為外部噪聲,而將無線電干擾稱為干擾。

物聯(lián)網(wǎng)中的RFID,Wi-Fi.藍(lán)牙、ZigBee等所遇到的電磁干擾均符合上述關(guān)于干擾的定義。具體而言，物聯(lián)網(wǎng)中RFID,Wi-Fi,藍(lán)牙、ZigBee等除了自身同頻相互干擾以外，還會受來源于廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、工業(yè)等及無線通信系統(tǒng)（如微波中繼通信、移動通信、各種無線網(wǎng)絡(luò)等）的干擾。具體干擾成因有同信道干擾、鄰道干擾、發(fā)信機(jī)的帶外雜散干擾、接收機(jī)的寄生響應(yīng)和阻塞干擾、互調(diào)干擾等。

物聯(lián)網(wǎng)概念的提出時(shí)間并不長，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也沒有完全統(tǒng)一,信息傳輸中需要利用多種通信手段，具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性和不可預(yù)見性。因此,立足物聯(lián)網(wǎng)中目前應(yīng)用較多的短距離無線技術(shù)來研究其相互依存和相互影響，并借助象IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中的抗干擾協(xié)調(diào)機(jī)制，對完善物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)與應(yīng)用具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。就國內(nèi)而言,物聯(lián)網(wǎng)的研究與應(yīng)用已成為業(yè)界的熱門話題,但這些應(yīng)用研究還僅僅是局部的，或者是單一的,如橋梁健康監(jiān)測與遠(yuǎn)程監(jiān)控、人類健康動態(tài)監(jiān)測、環(huán)境衛(wèi)生監(jiān)測、智能交通系統(tǒng)等。目前無線方式用到的僅僅有RFID、Wi-Fi、藍(lán)牙、Zig-Bee無線傳感網(wǎng)等，但未來多種技術(shù)融合的大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，必然帶來電磁兼容和抗干擾協(xié)調(diào)問題。因此,本文提出的問題迫切需要加以研究和總體協(xié)調(diào)。

2  基于RFID、Wi-Fi、藍(lán)牙、ZigBee的物聯(lián)網(wǎng)電磁兼容和干擾協(xié)調(diào)

對電磁兼容和抗干擾協(xié)調(diào)的研究是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程。其研究的基本技術(shù)路線是通過對物聯(lián)網(wǎng)典型無線技術(shù)（如RFID,Wi-Fi,藍(lán)牙等）同頻干擾及遇到的電磁干擾源（如廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航、工業(yè)等）的頻率、功率及電磁特性及電波技術(shù)參數(shù)與傳播特性的技術(shù)分析，深入研究其特征并歸納干擾成因（如同信道干擾、鄰道干擾等），從而提出抗干擾協(xié)調(diào)方法和應(yīng)用框架的建議。

研究的基本方法是通過對物聯(lián)網(wǎng)無線通信技術(shù)參數(shù)收集、干擾成因分析和電磁兼容的機(jī)理研究，運(yùn)用系統(tǒng)工程理論,建立一套完整的電磁兼容仿真建模方法。電磁兼容建模方法是用于建立輸入?yún)?shù)（如輻射源、各種激勵(lì)等）和輸出參數(shù)（各種響應(yīng)）之間關(guān)系的一種技術(shù)，如縫隙轉(zhuǎn)移阻抗等效建模方法等「云。通過實(shí)測和仿真，得出物聯(lián)網(wǎng)抗干擾協(xié)調(diào)的方法和準(zhǔn)則，從而得出應(yīng)用框架建議和協(xié)調(diào)措施。

實(shí)驗(yàn)手段主要有射頻信號測試與頻譜分析;實(shí)際無線網(wǎng)絡(luò)功率測量與信道壓制分析;帶內(nèi)、帶外輻射測量;物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)帶外雜散干擾、接收機(jī)的寄生響應(yīng)、阻塞干擾、互調(diào)干擾測量與分析等。

關(guān)鍵技術(shù)有電磁屏蔽環(huán)境下運(yùn)用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行射頻測量與分析;不同應(yīng)用場景下的抗干擾技術(shù)方案的研究與優(yōu)化;物聯(lián)網(wǎng)背景下的無線融合應(yīng)用解決方案;頻率自適應(yīng)規(guī)劃協(xié)調(diào)機(jī)制等。

針對不同的通信系統(tǒng)，特別是短距離無線技術(shù)，世界上許多機(jī)構(gòu)和科研人員在電磁兼容方面都有過相應(yīng)研究,也提出了規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)，并提供了很多機(jī)制來保證2.4GHz頻段與其他無線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的共存能力。其協(xié)調(diào)措施和技術(shù)方案主要有以下三種：