Sub-GHz,即工作頻段低于1GHz的無線通信技術,常見頻段有315MHz、433MHz、868MHz與915MHz等。其可借助無線電波在自由空間傳播的特性,把數據調制到射頻載波上進行傳輸,達成物聯網設備間的無線通信,是物聯網設備實現高效、穩定、無縫交互的“通信基石”。

典型射頻信號(無線電波)收發電路簡示
在工業自動化、智慧城市、智慧農業與智能家居等物聯網領域中,LoRa、Wi-SUN、Z-Wave、Sigfox等工業級通信協議大多運行在Sub-GHz頻段。而正是通過Sub-GHz射頻技術,傳感器、物聯網設備、控制中心與云端之間的數據信息才得以無縫互聯,實現遠程操控與智能化管理。
Sub-GHz 射頻技術,如何構筑高效的物聯網絡
Sub-GHz與工作在2.4GHz頻段的Wi-Fi、藍牙等無線通信技術相比,可實現更低的運行功耗、更遠的傳輸距離、更多的設備接入節點和更為穩定的通信質量,尤其適合應用在低數據速率、通信頻次低且依靠電池供電的物聯網設備之中。

運行功耗方面,由于Sub-GHz頻段下的通信頻率相對較低,因此在相同通信距離下,低速傳輸時所需功率更小,可實現更低的運行功耗,這意味著使用Sub-GHz射頻技術進行組網通信的物聯網設備能極大地延長電池的使用壽命。以智能門鎖為例,如若使用2.4GHz頻段等高功耗的通信技術,通常數月內就得更換電池,而采用 Sub-GHz 射頻技術的智能門鎖,可維持一年甚至更長時間都無需更換電池,極大地提高了用戶的體驗感。
傳輸距離方面,由于Sub-GHz頻段下的通信頻率相對較低,而無線電波的傳播特性是頻率越低,波長越長,越容易穿過墻壁、植被等障礙物,因此其信號傳播距離更遠。此外,Sub-GHz射頻技術還可通過中繼器進行多跳通信,進一步延長通信距離,在傳統信號難以覆蓋的區域也可進行無縫通信,輕松實現室內數百米、室外數公里的通信范圍。
設備節點方面,由于Sub-GHz頻段下的通信頻率相對較低,通信覆蓋范圍較大,故其憑借更廣的覆蓋范圍可容納大量的網絡節點。同時,如 LoRa、Wi-SUN等工作在Sub-GHz頻段下的通信協議支持星型、網狀等多種網絡拓撲結構,能夠實現設備之間的多跳通信,支持海量低功耗、低速率的設備以自組織、自愈合的方式組成大規模的網絡。
通信質量方面,由于Sub-GHz頻段下的通信頻率相對較低,現有應用較少,可以窄頻帶模式運行,且還可配置跳頻技術,極大地增強了信號的抗干擾能力。同時,與常用的 2.4GHz 頻段相比,Sub-GHz 頻段的使用相對不那么擁擠,該頻段的 ISM 頻段大多用于低占空比鏈路,設備部署密度較低,信號之間相互干擾的概率較低,從而為通信提供了更純凈的環境,保障了通信質量。
值得一提的是,在組網成本方面,由于Sub-GHz射頻技術相對成熟,因此其研發和生產成本也相對較低。同時,在眾多物聯網的組網場景之中,使用Sub-GHz射頻技術可無需依賴通信基站等基礎設施,還可減少對中繼器的使用數量,從而降低了整體的物聯網系統通信組網成本 。
Sub-GHz射頻技術,精準賦能LPWAN
由于Sub-GHz射頻技術具備使用功耗低、傳輸距離遠、通信質量穩定、使用成本較低與能夠支持大量設備節點等諸多組網優勢,故其已成為物聯網領域中構建LPWAN的主流選擇(LPWAN 是一種使用低比特率進行長距離通訊的低功耗廣域無線網絡,可實現大規模物聯網設備間的高效連接與數據傳輸)。
例如,RFM300就是一款高性能的Sub-GHz無線收發模塊,工作在433MHz、868MHz與915MHz等多個ISM頻段中,采用先進數模混合設計,基于自主創新開發平臺,支持FSK、GFSK與OOK等多種調制技術,可靈活適應不同的應用場景和通信協議,并實現超遠距離的通信和超廣闊的信號覆蓋范圍。

RFM300典型應用電路簡示圖
RFM300產品特性:
- 最大鏈路預算達140dB
- 接收電流低至7mA
- 輸出功率:RFM300H型號為+20 dBm,RFM300型號為+13 dBm
- 可編程比特率:FSK模式下最高300 kbps,OOK模式下最高40 kbps
- 高靈敏度:最低可達-120dBm
- 支持FSK(頻移鍵控)、GFSK(高斯頻移鍵控)及OOK(開關鍵控)調制方式
- 表貼封裝(SMD),尺寸16x16x1.8mm
RFM300應用場景:
- 抄表系統
- 無線數據采集
- 汽車安防系統
- 家庭自動化及安防系統
展望未來,隨著物聯網應用場景的不斷拓展和深化,Sub-GHz 射頻產品的市場需求必將持續增長,Sub-GHz射頻技術亦將在更多領域發揮重要作用,為我們的生活帶來更加便捷、智能和綠色的體驗。
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