选择无线模块解决方案应该很容易。在一个完美的世界里，你只需要选择距离最远的那个。这样，无论你的设备相距多远，它们总是能够通信。唉，事情没那么简单。幸运的是，有适合任何用例的解决方案，从远程无线电通信到短距离或两者之间。
问任何一个物联网专家哪个无线电模块是最好的，答案将是“看情况”。这是因为每种无线设备都有自己的优点和缺点。对一个项目很好的东西可能对另一个项目很糟糕。例如，一个模块使用很少的电池功率也可能提供低带宽。对于无线浴室秤来说，这是一个完美的解决方案，但对于从会议室流媒体直播视频来说就不太合适了，反之亦然。
无线电范围也是如此。您需要评估用例，并了解无线电信号如何根据设备和环境传播。在本文中，我们将讨论确定模块范围和类型的最佳选择的所有考虑因素
你的项目。
影响无线信号范围的因素
范围被定义为无线网络中两个天线之间可以通信的最大距离。但范围不仅仅是指距离。以下是一些重要的考虑因素:
- 障碍物、地形和无线电物理都会影响射程。
- 另一个因素是天线设计，考虑到频段和阻抗等因素。
- 噪音是另一个重要因素。就像在拥挤的聚会上很难听到有人说话一样，在有很多无线电噪声的环境中很难识别无线电信号。
影响网络中设备通信的各种考虑因素和因素包括10个不同的因素。
1.吞吐量
在物联网中，您通常需要从远程位置传输少量数据。数据吞吐量对范围有重大影响。当数据速率增加时，设备之间有效通信的范围会缩小。这是因为快速的数据速率需要更高的信噪比才能成功解调。
如果有人在一个嘈杂的房间里说得非常快，他们很难被理解。如果他们慢下来，他们更容易理解。无线电的工作原理与此类似。许多物联网设备每天只发送一个传感器值。当数据以低比特率发送时，可以在更远的地方检测到它。
2.权力
无线电信号需要大量的能量，因为与通过电线传输的信息不同，它们以加速的方式衰减。当无线电信号从源头向外辐射时，它们就像水池里的涟漪一样迅速扩散开来。声音和无线电都根据能量衰减
平方反比定律。每增加一倍的距离，就需要四倍的能量，所以穿越长距离比短途消耗更多的能量。
3.噪音
在射频网络中
信号是设备间传输的信息。
噪音还有别的吗?信噪比(S/N)是比较信号功率电平和噪声功率电平的指标。这是决定无线电系统的一个重要因素
范围因为距离是关于可靠地区分信号和噪声，而不是一个给定的无线电信号可以传播的距离(这是无限的)。无线电噪音是自然环境的一部分，包括:
- 宇宙背景辐射和太阳干扰
- 大气源，如闪电
- 人力资源，如电力线，电机，荧光灯，开关，电脑和无关的无线电通信
4.频率
较低频率的无线电信号很容易在物体周围绕射，并被大气反射回来，从而增加了有效范围。然而，较低的频率具有有限的带宽，因此吞吐量受到限制。更高的频率提供更高的吞吐量，但很难绕过障碍物，并且不会被大气反射回来，限制了它们的范围。
5.空闲空间损失
当无线电信号在太空中传播时，即使在真空中，它的信号也会随着能量在更大范围内的传播而减弱。这种扩散遵循平方反比定律，该定律描述了功率随距离的指数损失。我们通过减小发射器和接收器之间的距离来解决给定频率下的空闲空间损失。
6.衍射
当一个无线电信号在其路径上遇到一个物体时，它会散射或衍射，其中一些能量在物体周围弯曲，但其余的能量被引导离开接收器，因此丢失了。锐利的边缘比圆润的物体衍射得更好，圆润的物体往往会吸收更多的信号。绕射只是避开信号路径中物体的众多原因之一。
7.多路径
在像外太空这样的理想环境中，发射器发出的信号总是直接到达，不反射任何表面或物体。在地球上，事情不可避免地要复杂得多。在视线清晰的情况下，一些信号会直接到达，但其他信号会被附近的物体和地形反射，从而扭曲它们。无线电协议和系统通常设计用于处理一些多径干扰。把天线放在高处，远离障碍物也有帮助。
8.吸收
无线电信号可以在空旷的空间中传播无限远;然而，当它们遇到物体时，它们的一些能量被吸收了。无线电信号可以穿过墙壁，但在这个过程中会衰减。空气中的湿度可以吸收足够的无线电能量来干扰高频信号。信号路径上的树叶和其他植被会使足够多的信号消散，从而在较低的频率上造成问题。
9.地形
丘陵或山脉可以吸收、衍射、反射或完全阻挡信号到达目的地。地面本身的构成会对低频产生影响，信号在湖泊、海洋或沼泽上比在沙漠等干燥地区传播得更好。菲涅耳区是天线之间一个大致为足球形状的区域，应该尽可能地避开地形和障碍物，以优化通信性能。
10.天线和距离
天线将电信号转换成无线电波，在“空中”传输信息。对于接收器来说，无线电波被转换回计算机可以理解的电子变化。正确使用正确的天线至关重要。糟糕的选择可能会限制范围，浪费电池电量，并将原本设计良好的系统变成一个支持噩梦。请看我们的指南，
十大天线设计注意事项了解更多信息。
通信范围的电源和电池寿命考虑因素
正如我们所看到的，在无线通信中，范围和功率是交织在一起的。如今，许多应用程序在广阔的区域内部署了数千台无线设备，考虑到管理电池的时间和费用是很重要的。以下是对这些因素的简要介绍。
电源管理预算
仔细的设备电源管理可以将电池寿命从几天延长到几年。节省电力的一个好方法是将无线电的范围与应用要求相匹配。选择距离较短的协议或手动限制传输功率来有效地减少距离将增加电池寿命。
一些协议可以通过自适应数据速率功能自动限制传输功率，动态地将设备限制到最低
可靠的传播的力量。当设备是移动的，或者当无线电环境随时间变化(季节性树叶变化，无线电噪声环境的日常变化等)时，这一点特别有用。
睡眠模式
为了节省能源和延长电池寿命，物联网设备通常在不需要时使用睡眠模式。一个休眠的无线电模块通常不会接收任何传输。然而，许多物联网用例需要现场设备进行传输和接收。
如果网络或协议设计支持，可以使用存储转发方法。在某些协议中，这是由“父”无线电节点启用的，该节点临时存储用于睡眠“子”设备的传输，直到该子设备唤醒并请求它们。在其他协议中，中央网络服务器充当父服务器，仅在检测到远程设备唤醒时转发消息。通过适当的电源管理，电池和太阳能供电系统可以运行多年而无需维护。
Digi的产品范围
Digi XBee®无线电模块提供各种范围，以匹配物联网应用和环境的多样性。通用的物理外形、共享的接口和数十年的可靠性使Digi XBee平台成为无线网络领域的领导者，无论您的项目需要跨房间还是跨全球进行通信。Digi LoRaWAN®解决方案扩展了Digi的产品。
让我们快速查看一下下面的每个模块类型。有关XBee生态系统的更多详细信息，请参阅我们的
XBee购买指南。有关Digi LoRaWAN的更多信息，请参阅我们的文章
Digi LoRaWAN设备到云解决方案。
短程
短程无线电使功率、体积、热量和成本降至最低。它们是住宅能源监测、商业楼宇自动化或高密度温室传感的完美解决方案。当使用
网状网络，消息可以在到达目的地的途中在模块之间跳跃，从而创建比任何单个无线电设备的范围都大得多的网络。具有如此多的优势，它应该是您在评估物联网应用解决方案时考虑的第一个类别。
一个单一的微型模块，支持三种不同的无线网络协议，加上BLE和机载可编程性。它的视距范围为4000英尺，是家庭自动化、工业控制和环境传感的绝佳解决方案。短距离通信和中等带宽支持长电池寿命。网格选项使网络比覆盖大型家庭或小型户外农场的单个节点范围更大。
这些Wi-Fi嵌入式模块为Digi XBee平台带来了最流行的无线网络技术之一。它们具有标准的Wi-Fi范围(300英尺)和高吞吐量，可以与附近的任何基站进行互操作。这部分抵消了Wi-Fi更耗电的协议所增加的成本，以及它额外的配置复杂性。非常适合将设备添加到现有网络中;只要确保您的配置计划包含足够的资源来管理随时间变化的多个身份验证设置。2022世界杯G组
除主要协议外，每个Digi XBee 3模块都集成了BLE
被选中。BLE在智能手机上很常见，所以它是一种配置模块、记录电池供电的无线传感器数据或创建定位信标的简单方法。BLE通常距离很短(300英尺或更短)，但功耗非常低，因此它是物联网解决方案的绝佳辅助协议。
中程
中档收音机使用更多的电力，产生更多的热量，通常成本更高。它们最适合远距离或网状网络需要覆盖更大区域时使用。这些协议中有许多使用低于千兆赫兹的频率，这些频率是免许可的，但因地区而异，因此您需要更多地注意遵从性。太阳能场、市政照明控制和远程设备监控都是中程模块的伟大物联网用例。
Digi最小的无线网络模块的更高功率版本，包括BLE和板载可编程性。它的现场线范围为2英里，是建筑自动化、工厂范围控制、智慧城市解决方案和大面积农业传感的理想选择。它的中距离传输比常规电源版本使用更多的电池，但你可以通过设置几个睡眠选项来减轻这一点。网络可以包括高功率和低功率模块的混合，以优化电池寿命和成本。
900HP的模块提供了很大的范围(高达28英里的高增益天线)，以及网格选项，网络许多合作节点分布在一个大的区域。它的900mhz频率限制了它在北美和少数其他国家的使用，它的最佳范围是在非常低的吞吐量下，但只要它的特性符合您的应用程序的需要，它就提供了一个极好的解决方案。
这些模块具有与Digi传统9XStream无线电的互操作性。它们在低带宽下具有很大的范围(高达28英里的视距)，同时保持标准的XBee通孔足迹。对于新设计，建议使用Digi XBee-PRO 900HP，这是一种具有更大吞吐量灵活性的新型号。
远程
当你需要覆盖很远的距离时，你需要一个长距离协议。对于物联网，我们通常仍然需要使用电池，因此通常提供降低的吞吐量，以节省电力，同时保持较长的通信范围。智能城市项目、工业园区监控、远程采矿或钻探以及广域农业系统是这类无线电的典型应用。当要发送的数据非常小但需要长距离传输时尤其如此。
XTend有XBee表面贴装格式和老式的9XTend两种格式。这两款产品都是为了与Digi的9XTend无线电设备实现互操作性而设计的。它们的远距离(40英里视距)与相当大的电力需求相匹配，非常适合采矿和钻井作业，监控重型机械或远程气象站，这些气象站需要通过睡眠来维持太阳能充电电池。
这些是Digi XBee生态系统的“肌肉模块”，为构建低功耗、关键任务的无线系统提供了出色的可靠性和冗余性。通过可选的网状网络，他们可以创建覆盖非常大区域的网络(视距可达65英里)。电力需求更大，传输能力在较长距离上受到限制。但是，凭借扩展的范围，强大的抗干扰能力以及在噪声底以下进行通信的能力，Digi XBee-PRO SX是一款出色的物联网解决方案。
最新加入Digi系列的是组合式
LoRaWAN模块和网关套件。
Digi LoRaWAN解决方案为无线通信的传感器和网关端提供专门的产品。LoRa无线调制是一种非视线技术，能够穿透障碍物，如建筑物，植被和/或高射频干扰区域，如工业机械。
LoRaWAN是一种全球标准，主要工作频率为900 MHz、868 MHz和400 MHz(取决于国家法规)，使用LoRa调制方案的特定配置。LoRaWAN传感器非常低功耗，视线范围可达100公里，具有双向通信。典型的非视距应用可达20公里。网关是连接多个设备的高性能供电系统，并通过Digi X-ON等云平台进行管理，以提供巨大的可扩展性。
LoRaWAN针对小型有效载荷和每个网关多达数千个设备进行了优化，并且可配置为低功耗电池操作或低延迟供电操作。LoRaWAN解决方案是公用事业、农业和工业系统等分布式户外基础设施的理想选择。Digi X-ON云不仅管理LoRaWAN无线电系统，还为设备和网关提供自动化配置和部署功能。
蜂窝-混合和扩展范围
将蜂窝网络的覆盖范围与其他协议进行比较总是一件棘手的事情，因为尽管任何单个蜂窝网络模块的覆盖范围都是有限的，但全球移动网络覆盖意味着几乎任何地方的设备都可以与全球各地的其他设备进行通信。
新的协议在电池寿命方面更容易，并且改进了通过睡眠模式节省电力的方法。移动数据计划是必需的，但这些计划的成本已经大大降低，以满足物联网的低带宽需求。
蜂窝网络非常适合移动应用程序或固定位置，这些位置不适合建立自己的无线网络基础设施。无论您是跟踪集装箱、监控自动售货机还是在自动柜员机中清点货币，蜂窝模块都能以极低的预算提供全球覆盖。
该终端设备认证的LTE 1类模块提供5-7英里的视距范围，板载可编程性，BLE和熟悉的Digi XBee接口，可加速您的项目推向市场。对于像视频这样的媒体来说，第一类吞吐量还不够，但对于需要传输大量数据的物联网项目来说，它是很好的。Cat 1的数据计划成本较低，并且包含SMS等技术，提供了很大的开发灵活性。这些模块可与预激活的sim卡一起选择，以帮助以最低的摩擦将设备带出门外。
与其同类产品一样，这款LTE-M/NB-IoT模块通过了终端设备认证，提供5-7英里的范围、板载可编程性、BLE和熟悉的接口。LTE-M和NB-IoT协议旨在支持低成本低功耗的低带宽物联网应用。这两种协议的数据计划都很便宜，新的蜂窝睡眠选项可以帮助设备电池持续数月或更长时间。预先安装的sim卡是可选的，因此物联网设备可以从工厂直接进入用户手中，使部署变得轻而易举。这是Digi物联网解决方案阵容中最具前瞻性的模块之一。
组合解决方案:短程+远程
有时，最好的解决方案是将几种不同的连接类型结合在一起。例如，在远程环境传感应用中，最好使用Zigbee或DigiMesh短程网络密集覆盖相对较小的区域(如石油钻井平台)，然后通过远程无线电(如Digi XBee-PRO SX)将数据回传到远程控制中心。在不那么偏远的地方，蜂窝网络可用，这可能也是一个很好的回程选择。同样的网络也可以实现非常短距离的BLE，允许从本地智能手机直接配置传感器。结合多个协议，使每个协议都能做它最擅长的事情，通常会创建理想的物联网解决方案。
该图提供了协议、数据速率和功耗的概述。
来源:Behr Tech
总结
我们已经讨论了无线通信的范围和影响它的许多因素，说明了为什么无线电信号能传播多远的问题的答案是“视情况而定”。环境、建筑材料、地形、反射、天气、天线、传输功率、协议、频率，尤其是信噪比都有影响。那么我们如何求出最佳解呢?
首先，你必须考虑所有的变量，包括:
- 预期的用例是室内的还是室外的?
- 应用程序是移动的还是固定的?
- 你需要走多远?
- 你要传输的数据的大小和频率是多少?
- 会有很多无线电噪音吗?
- 电源是由硬币电池提供还是可以插入电源?
- 将有多少设备或节点连接在一起?
- 你期望什么样的建筑结构或室外地形?
- 这些设备将部署在世界的哪些地区?
- 该系统的成本是多少，同时还能提供所需的投资回报?
无论你需要什么样的无线电范围，Digi都能帮你走得更远。要了解更多信息，我们建议您查看此内容
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