陈帅， 陈小林，时路军，李俊涛，刘欢
奇瑞汽车河南有限公司 河南 475000
摘要：近年来，随着国家“中国制造 2025”战略的提出及不断推进，在制造行业内，一线生产设备正逐步从自动化向更高端的智能化要求升级。尤其是在早已实现高度自动化的汽车制造行业，大量的智能化前沿技术正不断地被应用于实际现场。其中最典型的一个案例就是无线通信技术。借助于无线技术布局灵活，空间占用少，移动性高等特点，它已成为了现场数据采集、交换、上传、监控的首选方式，并且随着近几年无线技术自身的迅猛发展。
关键词：无线通信；汽车制造现场；应用；分析
1无线通信技术的发展历程
在当前时代快速发展的同时，无线通信技术也经历了复杂的发展历程，不断适应时代发展的需求，为人们的生活与工作提供便利条件。特别是在现阶段的信息化时代下，人们之间的交流更加倾向于通信化，这也就推动了人们生活质量的提升。从目前无线通信技术的发展来看，主要经历了以下几个发展阶段。①早期阶段。无线通信技术在我国古代就有着一定的应用，周朝时期的烽火传递信息，就是无线通信技术的一种方式，借助光来进行信息的传递。而从现代无线通信技术的发展来看，主要从十九世纪开始，在马可尼发明无线电报通道以后，经过了十余年的发展，构建了无线电广播系统。在二战期间出现的雷达技术，也为无线通信技术的发展提供了可靠保障。在早期阶段，无线电广播与雷达技术的出现，在特定领域当中满足了人们的通信需求，从无到有，逐渐发展起来。②广泛普及阶段。从20世纪50年代开始，在集成电路与半导体出现以后，电信技术与信息技术的快速发展，使得无线通信技术逐渐步入到模拟通信时代。摩托罗拉公司在1973年发明了世界上第一部手机，美国贝尔研究所则总结出了蜂窝系统概念，并且开展了AMPS试验，其工作频段已经达到了800MHz，同时在80年代正式投入使用。此后，无线通信技术进入到快速发展的阶段，欧洲在创造出全球移动通信系统以后，标志着无线通信技术进入到2G时代。③快速革新阶段。在进入21世纪以后，3G、4G时代和即将登场的5G的到来，使得无线通信技术的发展速度更为快速。特别是在3G与4G的更新方面，周期要明显的短于前一阶段的换代周期，表明无线通信技术进入到快速革新的阶段。
2以下介绍三种目前在汽车行业中使用最多的无线 Wi-Fi 通信技术。
2 .1传统开放式 Wi-Fi
2.1.1 技术原理概述
在汽车制造车间内，由一台或多台的无线 AP(Access Point 接入点 ) 作为信号的固定发射端和接收端组成一个基本的无线网络架构，无线客户端安装在最终用户设备上，往往是移动的。同一网络使用同一 SSID 号，移动的无线客户端在若干个无线 AP 中通过漫游的方式进行数据切换。
2.1.2优点及缺点
优点：技术成熟简单，协议开放，初期投资成本低廉，并且调整改造灵活。缺点：容易受到外界干扰。无论是 2.4GHz 还是 5GHz 开放式 Wi-Fi，其传播介质都是空气，处于开放的状态，容易受到环境因素（温度、湿度及电磁信号）的干扰。且工业现场环境复杂，存在很多障碍物会阻挡到无线信号的传播。
2.1.3 典型应用案例
Wi-Fi 布局简单，无其他辅助安装工程量，适合于大范围无线网络的架设。目前汽车行业内，最典型的应用案例是车间内无人物流运输小车 AGC 的应用。
2.2波导通信
波导通信是一种比较新颖的无线通信方式。其有别于我们常见的 Wi-Fi 模式，是一种专门应用在特殊传播环境下的无线通信方式。
2.2.1 技术原理概述
波导通信的电磁波信号在一个特殊的导轨中传播，信号频率在 5-6GHz 之间，由于是在特制环境中传播，所以不易受到外部其他无线信号的干扰，大大提高了稳定性和可靠性。上文所述的特殊导轨专业名称为 Slotted rail 即狭窄导轨，在波导通信中作为信号的传播途径。
在导轨的一端或者某处，接入一个 5GHz 的信号源，信号只会在这一狭窄导轨中进行传播，不会扩散至这一导轨以外的区域中。这样既不会干扰其他信号也不会被其他信号干扰。Communication antenna 即通信天线，是接收信号的一个载体，内部由一些信号回路组成，它安装在实际移动的物体中，通过伸入 slotted rail 中，将导轨中的信号接收下来，传递给移动物体中的控制器中，从而实现无线通信。
2.2 .2优点及缺点
优点：信号抗干扰能力强，稳定，网络延时少，适合应用于网络实时性要求高的场合。缺点：当然波导通信也有其明显的缺点——需要安装狭窄导轨，如此就会导致移动设备只能在固定的路径中移动，灵活性大大的降低。所以一旦由于生产需要，变化路径，那工程就比较复杂，周期也会延长，且核心技术都掌握在外国公司手中，成本相对开放式 Wi-Fi 来说较高。另外狭窄导轨还增加了不少的安装空间，对于在地面移动的设备来说并不十分适合。因此，另一种新的无线通信方式应运而生，很好地弥补了这两个短板，它就是漏波电缆。
2.2.3 典型应用案例
波导通信最大的特点就是无线信号在狭窄导轨内传播，这也决定了该技术只能应用在移动路径固定的设备上，并且是在非地面区域。目前汽车生产环境中应用该技术最多的就是空中吊具 EMS 系统。
2.3漏波电缆
漏波电缆同波导通信一样也是一种有别于传统 Wi-Fi样式的通信方式，目前市场上运用的最多的是由德国西门子公司开发的 RCoax 系列产品。近几年正逐步成为一种首选的主流无线通信方式。
2.3.1 技术原理概述
在特殊电缆中等距开出若干条缝隙，无线信号就从缝隙中泄漏出来，通过空气向外传播。若干条缝隙就好比几根天线，信号强度会随着距离的增大而衰减，接收端离电缆越远，接收到的信号也越差。一般 5GHz 漏波电缆稳定的信号覆盖范围在 30 米左右的距离，信号最远可以到 50 米。安装在移动端上的接收设备在扫过这些电缆敷设的范围时，采集到这些泄漏出来的无线信号，将信号传送到控制器中，从而完成整个移动无线通信过程。
2.3.2优点及缺点
优点：信号强度稳定可靠性高，抗干扰能力强。缺点：受限电缆长度的原因，网络的覆盖空间范围较小，只能应用于活动范围固定且区域小的场合。由于漏波电缆不能被碾压，所以一般采取埋地使用的方式。这就需要做开槽等一系列工作，成本较高。且一旦敷设完成，更改起来比较复杂，也不容易维护。
2.3.3 典型应用案例
漏波电缆在技术原理和形式上介于无线 Wi-Fi 和波导通信之间，因此其在应用方面可以与其他两种形式形成良好的互补。在汽车生产现场，目前应用的最典型的就是底盘拼装 AGV 移动小车区域。
3三种无线通信方式性能对比
以上所介绍的 3 种无线通信方式的信号强度与信号源距离变化之间的关系曲线图。绿色代表是直线狭窄导轨中的波导通信信号，蓝色是漏波电缆，棕红色则是传统开放式 Wi-Fi。波导通信在50 米的范围内信号很稳定，波动很小。漏波和 Wi-Fi 信号波动很明显。波导在距离发射端 50 米的距离，信号强度只产生了很少的衰减，约 5db。漏波和 Wi-Fi 都会随着距离的变大而产生明显的衰减。其中传统开放式 Wi-Fi衰减得更厉害。可见从稳定性及可靠性来说。波导通信更胜于其他两种方式。
结语
本文给出了3种汽车行业典型无线应用技术的原理，优缺点及典型应用案例的介绍。可见在自动化往智能化转型的时代背景下，无线技术已经成为新种类设备用于通信的首选。
参考文献：
[1]戴晦明. 车载通信系统物理层及MAC层协议的研究与改进[D].北京邮电大学,2018.
[2]沈哲敏. 毫米波宽带无线信道测量与建模技术研究[D].东南大学,2018.