用60GHz无线技术解决工业连接

电子发烧友网报道（文/李宁远）在严苛、复杂以远程操作为主的工业制造环境中，对可靠通信的需求不容忽视。先进的连接和互联技术的发展，加速了制造业向现代化和数字化转型。工业应用中使用无线通信已有很多年，初期用于对起重机和其他活动设备实施基本控制，在近几十年采用更加标准化的无线连接技术之后，开始对更广泛的终端设备提供控制。

在工业场景里，任何单一的无线技术都有其优势和劣势，很难说满足全部的场景需求，比如低带宽和低功率技术就只适合偶尔连接的仪表设备。与之相反，对于部署在繁忙厂区中，有多个传感器同步不间断通信的无人搬运车，则应选择更高带宽的连接选项。BLE、5G这种工业应用无线连接大家已经耳熟能详，60 GHz无线数据连接又是怎么一回事呢？

实时协议需要无延迟无线数据链路

60GHz频段的毫米波想必大家都听说过，这一频段不像其他我们熟悉的频段有那么多授权限制，而且它不像蓝牙、WLAN和5G要走基于数据包的发送协议。60GHz技术采用直接发送的位流，能以最快的速度将无线数据链路打通，几乎可以媲美有线连接。

无线连接在革新传统有线连接的过程里，最受人诟病的问题就是链路会存在延迟。而实时性是工业场景里非常看重的指标，所有基于数据包的无线连接标准都存在链路延迟的问题，这是技术本质决定的。虽然有些技术可以将延迟缩短，但是也很难保证从指令发出到设备接受并执行整个过程里延迟不会超出协议（如EtherCAT）的要求。

很典型的例子是工业机器视觉应用，传统的无线连接方案并不是替代线缆的理想选择，因为延迟很高而且需要对图像进行压缩。使用无线连接带来的任何延迟都将提升制造时间和成本的增加，因为生产线要降低速度以适应计算机所需的处理时间。同时，对于图像的压缩也会增加计算机解析捕捉到的图像的难度。采用60GHz无线连接技术才能规避传统无线连接的弊端，而且能够让这些图像传感器能够直接传输数据到计算机或连接到无线链路从而连接到控制中心。

几种60GHz无线技术对比

在工业应用领域，我们通过市面上提供60GHz无线技术的三家知名厂商的具体产品（MOLEX、ST、ADI）的对比来看看这一技术到底能带来哪些性能的提升。首先一点可以确定的是，就技术本身的特性，60GHz无线延迟会小很多，Wi-Fi在以太网传输里会产生20 ms左右的延迟，5G可以将这一延迟减少到1 ms，而60 GHz链路的延迟是数量级的领先，能缩短到µs，具体的延迟还要视各家的技术水平而定。

60GHz无线技术能显著提升数据传输效率，这一点在MOLEX的60GHz无线连接产品里体现得最为明显，在数据传输的速率和效率上比其他两家做得更全面。其实单看几家60GHz无线产品的最高数据速率，MOLEX的6Gbps并不是最高的，最高的是ST的6.25Gbps。但是，MOLEX的60GHz产品能够提供信号聚合，即利用虚拟管道I/O（VPIO）技术为低速和高速信号内置信号聚合功能。VPIO 聚合低速和高速信号以通过一条或多条链路同时传输，有助于补偿影响链路性能完整性的实时事件，极大提升传输效率。

MOLEX
 

ST的60GHz产品在功耗上更胜一筹，ST60设计得尤为紧凑，支持低功耗ASK调制方案。ST60发送模式下44mW的功耗，接收模式下27mW的功耗，关机模式下3.5μW的功耗已经是很低的功耗了。而在最高数据速率6.25Gbps下，ST60发送功耗为7 pJ/bit，接收功耗为5.4 pJ/bit，远低于Wi-Fi最低的12.5 pj/bit，是目前该技术业内最低的功耗。

ST
 

上面说到，60 GHz链路的延迟是数量级的领先，能缩短到µs。而具体到每一家的技术，在延迟上ADI的60GHz链路延迟是最低的，能将链路延迟压缩到2µs以内，比ST的7µs更低。同时，ADI的60 GHz位输入/位输出解决方案，可以无缝集成到现在工业场景中正在使用的有线协议（如IEEE802.3、TSN等）的系统或设备上，适应性很高。

ADI
 

小结

虽然工业场景里60GHz无线技术目前应用得还不算广泛，但60GHz无线通信技术使得工业自动化场景有机会实现真正的无延迟无线数据连接，既摆脱传统无线通信在工业领域的掣肘，又摆脱有线连接的限制。