Während W-lan , Bluetooth und andere 2,4-GHz-Technologien Während die Kurzstreckenkommunikation heute noch dominiert, erobert sich eine drahtlose Technologie, die in niedrigeren Frequenzbändern arbeitet, mit ihren unersetzlichen Vorteilen ihre eigene Nische im weiten Feld des Internets der Dinge (IoT). Sub-1-GHz (kurz Sub-G) drahtlose Module Ähnlich einer ungehinderten „Vorstadtautobahn“ stehen sie in starkem Kontrast zur überlasteten „Innenstadtautobahn“ des 2,4-GHz-Bandes und bilden mit ihren außergewöhnlichen Eigenschaften großer Reichweite und geringem Stromverbrauch das Rückgrat für die Realisierung einer flächendeckenden IoT-Konnektivität.

• Sub-G-Module verstehen

Sub-G-Module, kurz für Sub-1-GHz-Module, sind drahtlose Funkfrequenzmodule, die in lizenzfreien ISM-Frequenzbändern unter 1 GHz (wie z. B. 169 MHz, 315 MHz, 433 MHz, 470 MHz, 868 MHz, 915 MHz, 920 MHz usw.) arbeiten.

Ihre technischen Vorteile beruhen auf grundlegenden physikalischen Gesetzen: Je niedriger die Frequenz, desto geringer die Ausbreitungsdämpfung der Funkwelle und desto stärker ihre Beugungsfähigkeit. Dadurch erreichen Sub-G-Module problemlos Kommunikationsdistanzen im Kilometerbereich und verfügen über eine hohe Durchdringungsfähigkeit von Wänden und Hindernissen. Dies macht sie besonders geeignet für den Einsatz in komplexen Umgebungen und IoT-Anwendungen, die eine großflächige Abdeckung erfordern.

• Netzwerktopologiestrukturen

Sub-G-Module unterstützen flexible Netzwerkarchitekturen, um sich an die sich ständig ändernden Anwendungsszenarien anzupassen.

Sterntopologie: Alle Endknoten kommunizieren direkt mit einem zentralen Gateway oder Konzentrator. Es zeichnet sich durch eine einfache Struktur und einen sehr geringen Stromverbrauch aus und ist daher die bevorzugte Wahl für LoRaWAN und viele proprietäre Protokolle, die sich perfekt für groß angelegte Anwendungen wie intelligente Zähler und Umweltüberwachung eignen.
Punkt-zu-Punkt-Topologie: Stellt eine direkte Verbindung zwischen zwei Geräten her. Sie ist einfach und direkt, mit geringer Latenz, und wird häufig für Fernsteuerung und transparente Datenübertragung verwendet.
Netztopologie: Jeder Knoten kann als Relais fungieren und so automatisch ein Netzwerk bilden und Datenübertragungen weiterleiten. Dadurch lässt sich die Netzwerkabdeckung erheblich erweitern, was sich besonders für Gebiete eignet, in denen die Installation von Gateways schwierig ist, aber eine flächendeckende Versorgung erforderlich ist.

• Kern-HF-Technologien und Chips

Die Implementierung von Sub-G-Modulen basiert auf den zugrundeliegenden Chips und Kommunikationsprotokollen, die sich hauptsächlich in folgende Kategorien unterteilen lassen:

LoRa (Funk mit großer Reichweite)
Dies ist eine der repräsentativsten Technologien. Sie nutzt die Chirp Spread Spectrum (CSS)-Technologie und ermöglicht so eine Kommunikation über extrem große Entfernungen bei sehr geringem Stromverbrauch und extrem hoher Empfängerempfindlichkeit, wodurch die Verbindungsleistung und die Störfestigkeit deutlich verbessert werden.

Repräsentative Chips: Semtechs SX1276 , SX1262 Serie.

Proprietäre Protokolle (Private Protokolle)
Chiphersteller bieten grundlegende HF-Transceiver-Chips an, auf deren Basis Entwickler proprietäre Protokolle anpassen können. Dieser Ansatz bietet kontrollierbare Kosten und hohe Flexibilität.

Repräsentative Chips: Texas Instruments (TI) CC1310 , CC1312R , CC1352R , CC1352P , CC1352P7 , CC1354P10 , die Si446x-Serie von Silicon Labs.

RF-star liefert auch den CC1310 ( RF-SM-1077B1 / RF-SM-1077B2 ), CC1312R( RF-SM-1277B1 / RF-SM-1277B2 ), CC1352R( RF-TI1352B1 ), CC1352P( RF-TI1352P1 ), CC1352P7( RF-TI1352P2 ),CC1354P10( RF-TI1354P1 )

Wi-SUN (Wireless Smart Ubiquitous Network)
Dies ist ein offenes Standardprotokoll, das auf dem IEEE-802.15.4g-Standard basiert und für seine leistungsstarken, selbstorganisierenden und selbstheilenden Mesh-Netzwerkfunktionen sowie seine hohe Skalierbarkeit bekannt ist. Es eignet sich hervorragend für IoT-Anwendungen, die eine große Skalierbarkeit, hohe Zuverlässigkeit und häufige Kommunikation zwischen Geräten erfordern, wie beispielsweise intelligente Messinfrastrukturen (AMI) und intelligente Stromverteilungssysteme.

Repräsentative Chips: TIs CC1312R , CC1352R , CC1352P , CC1352P7 , CC1354P10 und andere Serienchips mit einer Sendeleistung von +20 dBm bilden eine ideale Hardwaregrundlage für den Aufbau von Wi-SUN-Netzwerken.

Siehe RF-Stern Sub-G-Funkmodule Liste: CC1312R( RF-SM-1277B1 / RF-SM-1277B2 ), CC1352R( RF-TI1352B1 ), CC1352P( RF-TI1352P1 ), CC1352P7( RF-TI1352P2 ), CC1354P10( RF-TI1354P1 )

Andere Standardprotokolle
Dazu gehören Sigfox (Ultra-Narrowband-Technologie), Wireless M-Bus (europäischer Standard für intelligente Zähler), Z-Wave (Smart-Home-Protokoll) usw., die jeweils eine wichtige Rolle in spezifischen Anwendungsbereichen spielen.

• Kernmerkmale von Sub-G-Modulen

Extrem lange Übertragungsdistanz: Bei gleicher Sendeleistung übertrifft die Kommunikationsreichweite die der 2,4-GHz-Technologien bei weitem und deckt problemlos Entfernungen von mehreren Kilometern ab.

Hohe Durchdringungs- und Beugungsfähigkeit: Niederfrequente Signale können Hindernisse wie Gebäude und Vegetation effektiv umgehen oder durchdringen und funktionieren auch in komplexen Umgebungen stabil.

Extrem niedriger Stromverbrauch: Viele Protokolle sind auf Batterieleistung optimiert und mit Tiefschlafmodi kombiniert, wodurch die Batterielebensdauer des Geräts Jahre oder sogar über ein Jahrzehnt betragen kann.

Hohe Störfestigkeit: Das Sub-G-Band ist weit entfernt von überlasteten Frequenzbändern wie Wi-Fi und Bluetooth und weist geringe Umgebungsgeräusche auf, wodurch Kommunikationsverbindungen sehr zuverlässig sind.

Hohe Netzwerkkapazität: Auf Basis verschiedener Netzwerkarchitekturen wie der Sterntopologie kann ein einzelnes Gateway Zehntausende oder sogar Hunderttausende von Endknoten verbinden und so eine großflächige Implementierung ermöglichen.

Hervorragende Interoperabilität (Insbesondere für Standardprotokolle wie Wi-SUN): Durch die Einhaltung global einheitlicher offener Standards können Geräte verschiedener Hersteller nahtlos auf dasselbe Netzwerk zugreifen, wodurch Ökosystembarrieren abgebaut werden.

• Typische Anwendungsszenarien

Intelligente Städte und Versorgungsunternehmen: Dazu gehören Fernablesung für intelligente Wasser-, Strom- und Gaszähler, intelligente Straßenbeleuchtungssteuerung, intelligentes Parken und städtische Umweltüberwachung, die den klassischsten Anwendungsbereich für Sub-G-Module darstellen.
Intelligente Landwirtschaft und Tierhaltung: Ermöglicht die Überwachung der Bodenfeuchte auf dem Feld, die Erfassung meteorologischer Daten, die intelligente Steuerung der Bewässerung und die Standortverfolgung von Nutztieren.
Industrielles IoT (IIoT): Wird in riesigen Fabrikhallen oder Bergwerken zur Überwachung des Anlagenzustands, zur Anlagenverfolgung und zur Überwachung der Pipeline-Sicherheit eingesetzt.
Smart Home und Sicherheit: Es bietet eine stabile, flächendeckende Abdeckung für Geräte wie smarte Türschlösser, Tür-/Fenstersensoren und Rauchmelder mit starker Signalreichweite. Das Z-Wave-Protokoll ist in Smart Homes im Ausland weit verbreitet.

• RF-Star Sub-G Modullösungen

RF-star Technology bietet eine Reihe ausgereifter und stabiler Sub-G-Module. Ihre Vorteile im Hardware-Design und in der Integration helfen Kunden erheblich, den Produktentwicklungsprozess zu vereinfachen.

Rich Package Designs
RF-Sternmodule verwenden standardisierte SMD-Gehäuse mit Lochraster in verschiedenen Größen und eignen sich daher hervorragend für den Einbau in diverse Strukturen. Dieses integrierte SMD-Gehäuse ermöglicht die Serienfertigung mit automatisierten Bestückungsautomaten, wodurch die Produktionseffizienz deutlich gesteigert und die Produktkonsistenz sichergestellt wird.

Flexible Antennenoptionen
Um unterschiedlichen Produktanforderungen gerecht zu werden, bieten die Sub-G-Module von RF-Star verschiedene Antennenanschlussmöglichkeiten. Für Geräte mit integrierten Antennen ist die Leiterplattenantenne des Moduls eine komfortable und kostengünstige Lösung. Für Anwendungen, die optimale HF-Leistung erfordern, ist das Modul mit einer IPEX-Schnittstelle der Standardgeneration ausgestattet. Diese ermöglicht den einfachen Anschluss externer Stab- oder flexibler Antennen und bietet Entwicklern maximale Flexibilität bei der Gestaltung.

Plug-and-Play-Zuverlässigkeit
Die Wahl von RF-Star Sub-G-Modulen bedeutet für Entwickler, dass sie keine hohen Kosten und keinen großen Aufwand in die Entwicklung komplexer HF-Schaltungen investieren müssen. Einige Module verfügen zudem über proprietäre, transparente Übertragungsprotokolle. Diese kritischen und zeitaufwändigen Schritte wurden bereits auf Modulseite abgeschlossen, sodass Endprodukte schnell und mit exzellenter Kommunikationsstabilität und -zuverlässigkeit auf den Markt gebracht werden können.

Umfangreiche Schnittstellenunterstützung
Die Sub-G-Module von RF-Star bieten umfassende Hardware-Schnittstellenressourcen für eine einfache Systemintegration, darunter UART, SPI, I2C und weitere Standardschnittstellen. Die vielfältigen Schnittstellenressourcen decken die Verbindungsanforderungen der meisten IoT-Knoten ab.

Multi-Protokoll-kompatible Plattform
Einige Sub-G-Module von RF-Star unterstützen den gleichzeitigen Betrieb im Dualmodus (2,4 GHz + Sub-G) und sind zudem mit verschiedenen Kommunikationsprotokollen wie Wi-SUN und proprietären Protokollen kompatibel. Dieselbe Hardwareplattform lässt sich an unterschiedliche Markt- und Anwendungsanforderungen anpassen und bietet gleichzeitig ausreichend Spielraum für zukünftige Produkt-Upgrades und Funktionserweiterungen.

• Zusammenfassung und Ausblick

Im Zeitalter zunehmend vielfältiger IoT-Konnektivitätsanforderungen sind Sub-G-Module aufgrund ihrer umfassenden Vorteile hinsichtlich Reichweite, Stromverbrauch, Durchdringungsfähigkeit und Kosten zu einem unverzichtbaren Bestandteil von IoT-Anwendungen mit großem Anwendungsbereich geworden. Die vielfältigen und leistungsstarken Modullösungen von RF-Star unterstützen Entwickler weiterhin, senken die Hürden für Forschung und Entwicklung deutlich und tragen dazu bei, die Grenzen des „Internets der Dinge“ weiter zu erweitern und zu vertiefen.