Im sich ständig weiterentwickelnden Bereich der drahtlosen Kommunikation hat sich die Sub-1-GHz-Technologie zu einem bedeutenden Akteur entwickelt und bietet einzigartige Eigenschaften, die sie für eine Vielzahl von IoT- Anwendungen geeignet machen.

Dieser Artikel soll Aufschluss darüber geben, was drahtlose Sub-1-GHz-Konnektivität ist, ihre Highlights, Zielanwendungen und überlegenen Sub-1G-Module, die heute auf dem Markt erhältlich sind.

Was ist Sub-1GHz?

Sub-1GHz bezieht sich auf Hochfrequenz-Kommunikationstechnologien (RF), die unterhalb des 1-GHz-Spektrumbandes arbeiten, typischerweise im Frequenzbereich 769–935 MHz, 315 MHz und 468 MHz .

Im Gegensatz zur drahtlosen Kommunikation über WLAN und Bluetooth, die überall auf der Welt das gleiche 2,4-GHz-Band nutzen, sind die tatsächlich für Sub -GHz- Netzwerke verwendeten Frequenzbänder in verschiedenen Frequenzregionen der Welt unterschiedlich. Nordamerika und Australien verwenden 915 MHz als Mittenfrequenz, während Europa 868 MHz verwendet . Das lizenzierte 433- MHz- Spektrum wird weltweit weitgehend kostenlos genutzt.

Abbildung 1: Freies ISM -Sub-1-GHz -Band weltweit (Quelle: TI.com)

Im Vergleich zum 2,4-GHz-Band eignet sich dieses Spektrumband unterhalb von 1 GHz besonders gut für RF-IoT-Anwendungen als seine Konkurrenztechnologien WiFi und Bluetooth.

Warum werden Sub-1-GHz -HF gegenüber 2,4 bevorzugt ?GHz-HF für IoT-Anwendungen?

Sub - 1- GHz-Funkgeräte bieten gegenüber 2,4-GHz- Funkstandards mehrere Vorteile für Anwendungen im Internet der Dinge.

Abbildung 2 Warum Sub-1 GHz (Quelle rfstariot.com)

• Größere Reichweite: Die niedrigere Funkfrequenz, die von Sub-1GHz verwendet wird, ermöglicht es Signalen, im Vergleich zu Gegenstücken mit höherer Frequenz eine größere Reichweite zu erreichen und Hindernisse effektiver zu durchdringen. Das Sub-1-GHz-Signal kann in Innenräumen problemlos mehrere Hundert Meter und im Freien je nach Bedingungen mehrere Kilometer erreichen; Die maximale Reichweite von WLAN- oder Bluetooth-2,4-GHz-Funksendern kann in Innenräumen bis zu 200 Meter und im Freien bis zu 400 Meter betragen. Dies macht es ideal für solche Anwendungen, die eine drahtlose Verbindung mit großer Reichweite erfordern, selbst in anspruchsvollen Umgebungen.

• Geringerer Stromverbrauch: Sub-1-GHz-Module mit einer Knopfzellenbatterie verbrauchen normalerweise weniger Strom als Alternativen mit höherer Frequenz und eignen sich daher gut für batteriebetriebene Geräte oder Anwendungen, bei denen der Stromverbrauch entscheidend ist, z. IoT-Sensorgeräte.

• Weniger Störungen: Das 2,4-GHz-Spektrum ist überfüllt und unterliegt erheblichen Störungen durch WLAN-Geräte, Bluetooth-Knoten, PC-Peripheriegeräte usw. Allerdings durchdringen Sub-1-GHz-Signale Beton, Wände und Objekte effektiver, da sie ISM-Bänder mit niedrigerer Frequenz haben und es weniger Anwendungen gibt. So erhalten Sie auch in rauen Umgebungen eine robuste und zuverlässige drahtlose Konnektivität. Aufgrund dieser Qualität wird Sub-1-GHz-HF häufig in der Hausautomation, der intelligenten Landwirtschaft, der Gebäude- und Industriesteuerung sowie in anderen Bereichen mit dichten Hindernissen eingesetzt.

Die 5 wichtigsten drahtlosen Sub-1G-HF-IoT-Anwendungen

Die oben erwähnten Highlights der Sub-1-GHz-Frequenzen machen Sub-1-GHz-Lösungen äußerst attraktiv für Endbenutzer, die zuverlässige drahtlose Verbindungen mit großer Reichweite und langer Batterielebensdauer suchen. Hier sind die fünf wichtigsten drahtlosen RF-IoT-Anwendungen im Sub-1-GHz-Bereich:

Abbildung 3: Die fünf wichtigsten drahtlosen Sub-1G-RF-IoT-Anwendungen (Quelle rfstariot.com)

1. Smart Metering und Smart Grids: Sub-1GHz ermöglicht eine zuverlässige und kostengünstige drahtlose Kommunikation zwischen Versorgungsunternehmen und Smart Metern und erleichtert so die Fernüberwachung und Verwaltung der Energieeffizienz.
2. Industrielle Steuerung: Mit seiner erweiterten Übertragungsreichweite und starken Durchdringungsfähigkeit eignet sich Sub-1GHz gut für drahtlose Sensornetzwerke in industriellen Automatisierungssystemen und ermöglicht eine nahtlose Kommunikation über große Fabrikhallen und Fertigungsanlagen hinweg.
3. Hausautomation: Das Sub-1-GHz-Modul verfügt über eine lange Batterielebensdauer von bis zu 10 Jahren und wird in Hausautomationssystemen verwendet, um verschiedene intelligente Geräte wie intelligente Schlösser, Thermostate und Sicherheitssysteme zu verbinden und so eine zentrale Steuerung und Überwachung zu ermöglichen.
4. Intelligente Landwirtschaft: Die Sub-1-GHz-Technologie wird häufig in der Präzisionslandwirtschaft eingesetzt und erleichtert den Einsatz drahtloser Sensornetzwerke zur Überwachung verschiedener Umweltparameter über ausgedehnte Gebiete hinweg. Zu diesen Parametern gehören Bodenfeuchtigkeit, Temperatur, Gleisaktivität wie Tierbewegungen, Pflanzenwachstum und andere Werte.
5. Smart Cities: Dank der weitreichenden Reichweite von Sub-1-GHz-HF eignet es sich für die effiziente Abdeckung weitläufiger städtischer Gebiete, beispielsweise für Beleuchtungssteuerung, Luftsteuerung, Parkmanagementsysteme und weitere Smart-City-Anwendungen.

Verfügbare Hochleistungs-Sub-1G-Module

Das Sub-1-GHz-Frequenzband erfreut sich aufgrund seiner großen Reichweite und starken Durchdringung zunehmender Beliebtheit bei IoT-Anwendungen. RF-Star, ein weltweit führender Hersteller von drahtlosen Modulen, hat Sub-1-GHz-Module und solche IoT-Anwendungen auf Basis der SoCs CC1310, CC1312R, CC1352R, CC1352R7, CC1352P und CC1352P7 von Texas Instruments entwickelt.

Das CC1310-Modul mit der Bezeichnung RF-SM-1077B1 kann gängige Frequenzen wie 868 MHz, 915 MHz und 920 MHz abdecken, während RF-SM-1077B2 Transceiver und Empfänger mit 433 MHz und 450 MHz unterstützt.

Fortgeschrittenere Sub-1-GHz-Versionen von TI sind CC1312R-Module , da sie über umfangreiche RAM- und Flash-Ressourcen sowie das Wi-SUN-Protokoll verfügen. Für die Module RF-SM-1277B1 und RF-SM-1277B2 stehen Muster bereit.

Das Modul CC1352P RF-TI1352P1, das Modul CC1352P7 RF-TI1352P2 und das Modul CC1352R RF-TI1352B1 unterstützen Multiprotokoll, z. Z igbee, Bluetooth 5.1 Low Energy, Thread, Wi-SUN usw. Sie werden als Multiband-Sub-1-GHz- und 2,4-GHz-Funkmodule mit unterschiedlichen Antennen bezeichnet.

Diese Sub-1G-Module verfügen in der Regel über HF-Transceiver und -Empfänger mit geringem Stromverbrauch , wodurch sie für die drahtlose Kommunikation mit hoher Empfindlichkeit und großer Reichweite geeignet sind.

Schlussfolgerungen

Die drahtlose Konnektivität unter 1 GHz ist eine robuste und vielseitige Technologie, die große Reichweite, starke Durchdringung und geringen Stromverbrauch bietet. Seine Anwendungen erstrecken sich über verschiedene Bereiche, darunter Smart Metering, Industriesteuerung, Hausautomation sowie intelligente Landwirtschaft und Städte. Da zahlreiche beliebte Sub-1-GHz-Module auf dem Markt erhältlich sind, können Entwickler und Unternehmen diese Technologie nutzen, um innovative und zuverlässige drahtlose IoT-Lösungen zu entwickeln, die eine Vielzahl von Anforderungen erfüllen. Da sich die drahtlose Kommunikation rasant weiterentwickelt, wird Sub-1GHz voraussichtlich eine immer wichtigere Rolle im Internet der Dinge (IoT) und anderen drahtlosen Anwendungen spielen.