在為您的下一個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目選擇一個(gè)或多個(gè)射頻無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)之前，先比較一下射頻無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)。

無(wú)線通信領(lǐng)域高度分散，無(wú)線電技術(shù)種類(lèi)繁多，從 Wi-Fi 和藍(lán)牙到 5G、LoRaWAN 等。雖然這種多樣性為增強(qiáng)連接性和更智能的基礎(chǔ)設(shè)施提供了令人興奮的機(jī)會(huì)，但它也給必須駕馭這個(gè)復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師、集成商和最終用戶(hù)帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 和工業(yè) 4.0 爆炸式增長(zhǎng)的推動(dòng)下，無(wú)線技術(shù)的加速普及，了解為您的設(shè)計(jì)選擇哪種無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)變得越來(lái)越困難。

本文深入探討了無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)中的這種碎片化，根據(jù)主要技術(shù)的功能對(duì)主要技術(shù)進(jìn)行分類(lèi)，并研究了影響技術(shù)選擇的因素。

不斷變化的景觀

當(dāng)今的無(wú)線環(huán)境具有多種協(xié)議，每種協(xié)議都支持不同的通信要求。LPWAN 技術(shù)提供低功耗和廣域功能，而 5G RedCap 有望更好地使蜂窩連接成本與物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的需求保持一致。Wi-Fi 連接在局域網(wǎng)中無(wú)處不在，藍(lán)牙、Zigbee 和 Thread 憑借其網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)功能，在智能家居和辦公空間中競(jìng)爭(zhēng)日益激烈。無(wú)線定位和安全訪問(wèn)市場(chǎng)目前正在經(jīng)歷強(qiáng)勁增長(zhǎng)，推動(dòng)了 RFID、NFC 和 UWB 短距離技術(shù)的發(fā)展。

每項(xiàng)技術(shù)都得到了多個(gè)行業(yè)團(tuán)體的支持，例如 3GPP、CSA（用于 Zigbee）和藍(lán)牙 SIG，所有這些都專(zhuān)注于通過(guò)一系列版本來(lái)發(fā)展各自技術(shù)的功能。工程師必須了解這些技術(shù)路線圖可能如何影響他們的產(chǎn)品生命周期。

在考慮如何駕馭這個(gè)復(fù)雜的環(huán)境之前，請(qǐng)簡(jiǎn)要了解一下當(dāng)今市場(chǎng)上可用的主要無(wú)線技術(shù)。

主要無(wú)線技術(shù)

當(dāng)今常用的無(wú)線技術(shù)大致可分為三大類(lèi)：蜂窩、LPWAN 和短距離。

蜂窩連接提供了所有無(wú)線技術(shù)的最佳覆蓋范圍（圖1），并且通過(guò)使用許可頻譜，可以提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)，但會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)計(jì)劃的成本。5G 網(wǎng)絡(luò)的持續(xù)推出將帶來(lái)數(shù)據(jù)速率和延遲的階梯式變化，未來(lái)的 3GPP 版本將繼續(xù)改進(jìn)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，并推動(dòng)這種連接選項(xiàng)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)下為更多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供服務(wù)。

圖1 蜂窩網(wǎng)絡(luò)覆蓋全面，但需要訂閱蜂窩數(shù)據(jù)服務(wù)

LPWAN 是任何支持長(zhǎng)距離通信并使用最小功率的網(wǎng)絡(luò)的總稱(chēng)（圖 2）。這些網(wǎng)絡(luò)最適合發(fā)送少量且不頻繁的非時(shí)間敏感數(shù)據(jù)的應(yīng)用，例如智能計(jì)量、資產(chǎn)跟蹤、智能農(nóng)業(yè)和環(huán)境監(jiān)測(cè)。LPWAN網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)其使用未經(jīng)許可或獲得許可的頻譜進(jìn)一步分為兩類(lèi)。

LoRaWAN 和 Sigfox 是免許可 LPWAN 網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)導(dǎo)者。LoRaWAN 由 LoRa 聯(lián)盟開(kāi)發(fā)和維護(hù)，基于開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，其架構(gòu)基于網(wǎng)關(guān)，在終端設(shè)備和中央網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間中繼消息。LoRaWAN 可以部署為專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)，也可以通過(guò)集成商作為公共網(wǎng)絡(luò)提供。另一方面，Sigfox 網(wǎng)絡(luò)由一家法國(guó)公司擁有和維護(hù)，基于專(zhuān)利專(zhuān)有技術(shù)，并采用訂閱模式運(yùn)營(yíng)。

獲得許可的 LPWAN 連接使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)，通常提供更高質(zhì)量的連接，干擾更少，連接中斷更少。針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的三個(gè)主要蜂窩標(biāo)準(zhǔn)是 NB-IoT （LTE Cat-NB）、LTE-M （LTE Cat-M） 和 LTE Cat 1bis。每種在成本、數(shù)據(jù)速率和功耗方面都有其優(yōu)勢(shì)，并且 NB-IoT 和 LTE-M 的覆蓋范圍比 LTE Cat 1bis 更加分散。

短距離可能是無(wú)線通信中最復(fù)雜和最分散的領(lǐng)域，因?yàn)榧夹g(shù)范圍廣泛，每種技術(shù)都適應(yīng)不同的要求。在許多情況下，這些技術(shù)提供重疊的功能。該領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)包括：

● 長(zhǎng)期以來(lái)，Wi-Fi 一直是家庭、辦公室和公共場(chǎng)所本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)技術(shù)。它在未經(jīng)許可的頻譜（2.4 GHz、5 GHz 和 6 GHz）中運(yùn)行，提供高速數(shù)據(jù)傳輸，但與蜂窩網(wǎng)絡(luò)相比范圍有限。

● 藍(lán)牙廣泛用于耳機(jī)、揚(yáng)聲器和智能手表等設(shè)備之間的短距離通信。BLE 是專(zhuān)為電池供電設(shè)備設(shè)計(jì)的節(jié)能版本，具有低功耗和中等數(shù)據(jù)速率。

● Zigbee 主要針對(duì)智能家居、工業(yè)自動(dòng)化和能源管理中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。它在 2.4 GHz ISM 頻段運(yùn)行，專(zhuān)為低功耗、低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

● Thread 網(wǎng)絡(luò)是一種低功耗無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，專(zhuān)為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用（尤其是智能家居設(shè)備）而設(shè)計(jì)。Thread 使設(shè)備能夠使用 IPv6 相互通信以及與互聯(lián)網(wǎng)通信，為某些應(yīng)用提供更強(qiáng)大、更高效的 Wi-Fi 或藍(lán)牙替代方案。

● NFC 和 RFID 是用于非接觸式支付、資產(chǎn)跟蹤和訪問(wèn)控制等應(yīng)用的短程技術(shù)。它們?cè)谖唇?jīng)許可的 13.56 MHz 頻段運(yùn)行，NFC 是 RFID 的一個(gè)子集。

● 超寬帶（UWB）技術(shù)是一種短距離、高帶寬的無(wú)線通信技術(shù)，它利用無(wú)線電波實(shí)現(xiàn)精確定位和跟蹤能力。UWB 在寬頻帶內(nèi)以低功耗運(yùn)行，最大限度地減少對(duì)其他無(wú)線系統(tǒng)的干擾，提供高精度的距離測(cè)量，精度達(dá)到厘米級(jí)。UWB 還高度安全，非常適合精確定位和跟蹤、室內(nèi)導(dǎo)航、安全訪問(wèn)控制和無(wú)線支付等應(yīng)用。

選擇您的無(wú)線技術(shù)

雖然這個(gè)充滿(mǎn)活力的市場(chǎng)提供了巨大的創(chuàng)新機(jī)會(huì)，但它也給開(kāi)發(fā)人員在選擇最佳無(wú)線技術(shù)時(shí)帶來(lái)了一系列挑戰(zhàn)。

5G、LTE 和 NB-IoT 等許可頻譜技術(shù)提供有保證的覆蓋范圍、抗干擾性和更高的數(shù)據(jù)速率，但成本和監(jiān)管監(jiān)督也更高。Sigfox、Wi-Fi、藍(lán)牙和 Zigbee 成本較低，但在擁擠的環(huán)境中可能會(huì)受到干擾和擁塞。某些應(yīng)用程序可能需要多模無(wú)線功能。跟蹤設(shè)備可能必須在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)和運(yùn)輸過(guò)程中運(yùn)行，需要室內(nèi)和室外定位能力。

無(wú)線技術(shù)路線圖將顯著影響擬議產(chǎn)品的使用壽命。2G 和 3G 網(wǎng)絡(luò)的日落迫使許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用遷移到 LTE，現(xiàn)在 5G REDCap 正在成為未來(lái)。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，LTE-M 和 NB-IoT 將繼續(xù)在 4G 網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，而 REDCap 芯片組才剛剛上市，因此開(kāi)發(fā)人員必須選擇成熟的網(wǎng)絡(luò)，或者確定新興的 REDCap 生態(tài)系統(tǒng)將與他們的產(chǎn)品路線圖保持一致。此外，每個(gè)新版本的功能都可以重疊;例如，藍(lán)牙 6.0 被賦予了新功能，提高了其在定位市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，而 Zigbee、Thread 和藍(lán)牙 Mesh 都為智能家居應(yīng)用的開(kāi)發(fā)人員提供了功能。

在選擇無(wú)線技術(shù)時(shí)，不應(yīng)忽視易于部署以及上市速度，開(kāi)發(fā)人員應(yīng)尋找由芯片組、模塊和開(kāi)發(fā)工具組成的強(qiáng)大生態(tài)系統(tǒng)。射頻設(shè)計(jì)很復(fù)雜，需要專(zhuān)業(yè)知識(shí)，并且大多數(shù)部署區(qū)域都有特定的認(rèn)證要求。認(rèn)證的時(shí)間和成本不容小覷，模塊提供了一種將射頻工作“外包”給專(zhuān)業(yè)制造商的有效方式，使開(kāi)發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用。當(dāng)產(chǎn)量或設(shè)計(jì)復(fù)雜性決定芯片組的使用時(shí)，天線設(shè)計(jì)和選擇是關(guān)鍵任務(wù)。

結(jié)論

無(wú)線通信領(lǐng)域復(fù)雜且分散，多種技術(shù)滿(mǎn)足各種應(yīng)用需求。選擇正確的技術(shù)需要仔細(xì)考慮每個(gè)應(yīng)用的具體需求，以及功耗、范圍、數(shù)據(jù)速率和生態(tài)系統(tǒng)支持等因素。通過(guò)了解不同無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的細(xì)微差別，工程師可以做出明智的決策，使他們能夠構(gòu)建更高效、面向未來(lái)的無(wú)線應(yīng)用。