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为什么 Sub-GHz 仍然是智能家居难题的关键部分

  随着智能家居设备和解决方案的多样性不断增长——使我们的生活更加方便和互联——了解支撑它们的通信框架比以往任何时候都更加重要。我们与Building36Technologies客户成功和集成总监MariuszMalkowski坐下来讨论了他对为什么sub-GHz频率仍然是智能家居技术的一个关键方面的看法,以及使用设备和解决方案的未来前景低于GHz的。
智能家居
  智能家居的起源
 
  问Malkowski智能家居技术依赖sub-GHz层进行通信有多久了,他会告诉你,我们首先需要确定“智能家居”何时真正开始。
 
  “我认为智能家居的转折点是2007年的iPhone,当时消费者开始希望用他们的手持设备做更多事情,”他说。“你会发现20到30年前的智能家居空间中的设备,但当时它们可能不被称为智能家居。相反,“家庭自动化”是一个大词。那时,你可以花几十万美元安装一个智能家居系统,但它现在变得更加可靠和实惠。”
 
  自家庭自动化早期以来,专有和基于标准的解决方案的激增为消费者提供了2.4GHz和sub-GHz层的各种选择。然而,只有sub-GHz才能提供更广泛的范围、更长的电池寿命、更好的可靠性和减少拥挤的基本优势。
 
  最大化范围和电池寿命
 
  “与2.4GHz相比,考虑到相同的功率预算-使用相同数量的能量-你将从Z-Wave获得大约两倍的范围,这取决于它的物理特性,”Malkowski解释说。“现在,使用Z-Wave长距离,这被抛到了窗外,你的典型范围将是大约一英里,而在2.4GHz上,你很幸运能达到300英尺。频率越低,范围越大,穿透力越好。”
 
  一张白皮书德克萨斯州奥斯汀的SiliconLaboratories发表的文章扩展了sub-GHz的这一特殊优势。它列举了超过2.4GHz应用的范围性能更好的三个主要原因:“随着无线电波穿过墙壁和其他障碍物,信号减弱。衰减率在较高频率处增加。因此,2.4GHz信号比sub-GHz信号衰减得更快。”其次,它说,“2.4GHz无线电波在从密集表面反射时也比sub-GHz波衰减得更快。在高度拥塞的环境中,2.4GHz传输会迅速减弱,从而对信号质量产生不利影响。”最后,它说:“虽然无线电波沿直线传播,但当它们碰到实心边缘时,它们确实会弯曲。随着频率降低,衍射角增加,使sub-GHz信号在障碍物周围弯曲得更远,
 
  关于电池寿命,Malkowski解释说,sub-GHz频率可以支持高达2.4GHz同类设备的两倍而无需更换。“来自给定制造商的同一个门锁,其射频频率为900MHz——您可能需要大约18到24个月才能更换它。另一方面,对于2.4GHz,由于通信的性质,大约需要12到16个月,”他说。
 
  对此,SiliconLaboratories的白皮书解释说:“灵敏度与通道带宽成反比,因此更窄的带宽会产生更高的接收器灵敏度,并允许在更低的传输速率下高效运行。”它继续说道,“一般来说,所有在较高频率下运行的无线电电路......需要更多的电流才能达到与较低频率相同的性能。”
 
  开放、可靠的高速公路
 
  花点时间数一数您家中支持Wi-Fi或蓝牙的设备的数量。当您考虑到您的计算机、智能手机、智能扬声器、智能电视、游戏机、遥控器(有时甚至是微波炉)都在竞争以超过2.4GHz的频率运行时,很容易理解事情会变得有点拥挤。
 
  另一方面,sub-GHz层不会受到相同数量的流量的影响,Malkowski解释说:“在2.4GHz的相同空间内拥有的设备越多,潜在的可靠性就越低。这就是为什么处于sub-GHz如此重要的原因。”
 
  这种观点得到了SiliconLaboratories白皮书的回应,该白皮书指出:“Sub-GHzISM[工业、科学和医疗]频段主​​要用于专有的低占空比链路,不太可能相互干扰.更安静的频谱意味着更轻松的传输和更少的重试次数,从而更高效并节省电池电量。”
 
  更高的sub-GHz可靠性的另一个方面是减少延迟。Malkowski解释说:“考虑到延迟——或者你与设备的通话速度——你可以在两秒内打开Z-Wave门锁,这是最坏的情况。而在ZigBee或OpenThread中,则需要8到10秒。这种差异真的很重要吗?有时会,有时不会。”
 
  Malkowski用一个类比总结了sub-GHz频率的优势:“在sub-GHz层,我得到了在挤满汽车的六车道高速公路上的体验,而我只是一个人在左边巡航车道。”他强调,可靠性和不受其他设备干扰最终将成为智能家居解决方案未来发展的关键。
 
  不同的国家,不同的频率
 
  Sub-GHz最常被提及的缺点是需要根据您所在的国家/地区重新调整频率。“使用Z-Wave以外技术的公司——他们经常指出这不是一个全球性的解决方案,”Malkowski说。“使用ZigBee或OpenThread,我们可以制造一种设备并将其销往世界各地,但使用Z-Wave是不可能的。”
 
  但是,尽管设备制造商在将其产品推向全球市场时面临障碍,但必须注意的是,对于美国的普通智能家居消费者而言,自动照明控制和车库门开启器在国外可以使用并不是一个完全必要的特性——对sub-GHz的这种限制是无关紧要的。
 
  面向未来的解决方案
 
  随着智能家居技术市场的快速发展,人们担心sub-GHz层本身最终会变得过于拥挤是可以原谅的——或者仅仅是由于一些新的FCC法规或被替换为设备制造商而成为一种不可行的选择。它的高频对应物。
 
  但Malkowski并不过分担心:“我们正在看到像AmazonSidewalk这样的sub-GHz层的新增功能,但我们距离它们在频率方面的位置还很远。他们使用扩频,这允许他们在不同的频率上跳跃。所以,它变得人满为患的概率远小于2.4,它有固定的频道。这是主要的区别。”他补充说:“此外,通常是紧急服务决定哪些频率可用或不可用。我预计我们今天可以使用的相同频段在20多年后仍将可用。”
 
  远非黯然失色——sub-GHz频率是一种更快、更可靠、更具成本效益的设备通信解决方案,将在未来几十年继续使智能家居技术消费者受益。

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