选择无线模块解决方案应该很容易。在一个完美的世界里，你只需选择一个范围最远的模块。这样，无论设备之间的距离有多远，它们都能进行通信。唉，事情没那么简单。幸运的是，从长距离无线电通信到短距离通信或介于两者之间，都有适合任何使用情况的解决方案。
问任何一位物联网专家哪种无线模块最好，答案都是："看情况"。这是因为每种无线设备类型都有自己的优缺点。对一个项目来说是最好的，但对另一个项目来说可能就很糟糕了。例如，耗电量极低的模块可能带宽也很低。这对于无线浴室秤来说是一个完美的解决方案，但对于从会议室流式传输实时视频却完全不合适，反之亦然。
在无线电通信距离方面，同样的道理也适用。您需要评估具体应用场景，并了解无线电信号在不同设备和环境中的传播特性。本文将探讨所有关键考量因素，助您为项目选择最优的模块范围和类型。
影响无线信号范围的因素
距离是指无线网络中两根天线之间通信的最大距离。但距离并不仅仅是距离。以下是一些重要的考虑因素：
- 障碍物、地形和无线电物理特性都会影响射程。
- 另一个因素是天线设计，需要考虑频段和阻抗等因素。
- 噪音是另一个重要因素。就像在拥挤的派对上很难听到别人的声音一样，在无线电噪音很大的环境中也很难分辨出无线电信号。
影响网络中设备通信性能的各种考虑因素包括 10 种不同的因素。
1.吞吐量
在IoT，通常需要从远程位置传输少量数据。数据吞吐量对通信距离影响显著：当数据速率提升时，设备间有效通信的距离可能缩短。这是因为高速数据传输需要更高的信噪比才能成功解调。
在嘈杂的房间里，说话人语速过快时，人们很难听清。若放慢语速，则更易理解。无线电的工作原理与此类似。许多IoT 每天仅发送一次传感器数据，有时甚至只有单个数值。当数据以低比特率传输时，其信号可被更远距离接收。
2.电源
无线电信号需要大量电能，因为与通过电线传输的信息不同，它们会加速衰减。当无线电信号从信号源辐射出去时，它们会像水池中的涟漪一样迅速扩散开来。声音和无线电信号都会根据 平方反比律.每增加一倍的距离，就需要四倍的能量，因此长途旅行比短途旅行消耗更多的能量。
3.噪音
在射频网络中，信号是设备之间传输的信息。噪音则是其他任何东西。信噪比（S/N）是将信号功率水平与噪声功率水平进行比较的指标。它是确定无线电系统范围的一个重要因素，因为范围是指可靠地区分信号和噪声，而不是给定无线电信号的传输距离（无限远）。无线电噪声是自然环境的一部分，其中包括
- 宇宙背景辐射和太阳干扰
- 雷电等大气源
- 人为来源，如电线、电机、荧光灯、开关、计算机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发生衍射，并被大气层反弹回来，从而增加有效范围。然而，低频带宽有限，因此吞吐量受到限制。较高频率的吞吐量要高得多，但难以绕过障碍物进行衍射，也不会被大气层反射回来，从而限制了射程。
5.自由空间损失
无线电信号在太空中传播时，即使是在真空中，其信号也会随着能量在更大范围内的扩散而减弱。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。我们可以通过缩短发射器和接收器之间的距离来解决特定频率下的自由空间损耗问题。
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6.衍射
当无线电信号在其路径上遇到物体时，就会发生散射或衍射，部分能量会在物体周围发生弯曲，但其余能量会被导向远离接收器的方向，从而丢失。尖锐边缘的衍射效果要好于圆形物体，后者往往会吸收更多的信号。衍射只是避免信号路径中出现物体的众多原因之一。
7.多路径
在外太空这样的理想环境中，发射机发送的信号总是直接到达，不会反射到任何表面或物体上。在地球上，情况难免要复杂一些。在视线清晰的情况下，一些信号会直接到达，但另一些信号则会被附近的物体和地形反弹，从而使信号失真。无线电协议和系统在设计时通常会考虑到一些多径干扰。将天线放置在高处并避开障碍物也有帮助。
8.吸收
无线电信号可以在虚空中无限远地传播；但是，当它们遇到物体时，部分能量会被吸收。无线电信号可以穿墙而过，但在此过程中会被衰减。空气中的湿度会吸收足够的无线电能量，从而干扰高频信号。信号路径上的树叶和其他植被会耗散足够的信号，从而导致低频信号出现问题。
9.地形
丘陵或山脉（连同树木及其他植被）会吸收、衍射、反射或完全阻挡信号抵达目的地。地面本身的构成在低频段也会产生影响，信号在湖泊、海洋或沼泽上的传播效果优于沙漠等干燥区域。天线之间的菲涅尔区（大致呈橄榄球状区域）应尽可能远离地形障碍物，以优化通信性能。
10.天线和范围
天线将电信号转换为无线电波，实现信息的"空中传输"。对于接收器而言，无线电波会被重新转换为计算机可识别的电信号变化。选用合适的天线并确保其正确安装位置及线缆选择至关重要。不当选择可能导致传输距离受限、电池电量浪费，甚至使原本设计精良的系统沦为维护噩梦。更多信息请参阅我们的指南《十大天线设计要点》。
通信范围的电源和电池寿命考虑因素
正如我们所见，无线通信的范围和功率是相互交织的。如今，许多应用都在广阔的区域内部署了数千台无线设备，因此必须考虑到管理电池所需的时间和费用。以下是有关这些因素的简要介绍。
电源管理预算
精心管理设备电源可将电池寿命从数天延长至数年。节省电力的绝佳方法是将无线电通信距离与应用需求相匹配。选择短距离通信协议或手动限制传输功率以有效缩短通信距离，将显著延长电池使用时间。
某些协议可通过自适应数据速率功能自动限制传输功率，该功能能动态将设备限制在最低可靠传输功率。当设备处于移动状态或无线电环境随时间变化时（如季节性植被变化、无线电噪声环境的日变化等），此功能尤为有效。
睡眠模式
为节省能源并延长电池寿命，IoT 在无需使用时通常会进入睡眠模式。处于睡眠状态的无线电模块通常不会接收任何传输信号。然而，许多IoT 场景要求现场设备能够进行传输和接收。
若网络或协议设计支持，可采用存储转发机制。在某些协议中，该机制通过"父级"无线节点实现——这些节点会临时存储发往休眠"子级"设备的信息，直至该子设备唤醒并请求数据。在其他协议中，中央网络服务器充当父级节点，仅在检测到远程设备唤醒时才转发消息。 通过合理的电源管理，电池和太阳能供电系统可在无需维护的情况下持续运行多年。
Digi 的产品范围
Digi XBee®无线电模块提供多种通信距离选项，以适应IoT 与环境的多样性需求。统一的物理规格、共享的接口以及数十年的可靠性，Digi XBee 成为无线网络领域的领导者——无论您的项目需要在室内短距离通信，还是实现跨国远程传输。XBee产品线持续扩展，已支持LoRaWAN和Wi-SUN等协议。
下面我们快速浏览每种模块类型。有关XBee生态系统的更多详细信息，请参阅我们的《XBee选购指南》。
短程XBee无线电
短程无线电将功率、体积、热量和成本降至最低。它们是住宅能源监控、商业楼宇自动化或高密度温室传感的完美解决方案。使用时 网状网络此外，信息在到达目的地的途中可以在模块之间跳转，从而形成比任何单个无线电设备的范围都要大得多的网络。由于具有如此多的优势，它应该是您在评估IoT 应用解决方案时首先考虑的类别。
Digi XBee （常规功率） — Zigbee、DigiMesh、802.15.4 及 XBee RR
单一微型模块支持多种无线网络协议，兼具蓝牙低功耗功能与板载可编程性。其视距传输范围达4000英尺（约1219米），为家庭自动化、工业控制及环境感知领域提供卓越解决方案。短距离通信与中等带宽特性确保了超长电池续航。网状网络选项可构建超出单节点覆盖范围的大型网络，适用于广阔住宅或小型户外农场。
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）和强大的吞吐量，可与附近的任何基站互操作。这在一定程度上抵消了 Wi-Fi 协议更耗电的额外成本，以及其额外的配置复杂性。这非常适合将设备添加到现有网络中；只需确保您的配置计划中包含大量资源，用于管理随时间变化的多个身份验证设置。
Digi XBee 选定的主协议外，均集成了蓝牙低功耗技术。由于智能手机普遍支持蓝牙低功耗，该技术便于模块配置、记录电池供电无线传感器的数据或创建定位信标。蓝牙低功耗通常传输距离较短（300英尺或更短），但功耗极低，因此是IoT 理想辅助协议。
Digi XBee BLU是一款工业级蓝牙低功耗5.4模块，专为各类应用场景的无线IoT 而设计，涵盖创客项目至工业环境。该模块支持蓝牙低功耗5.4协议，数据传输速率高达2 Mbps，并通过Digi TrustFence®安全框架提供强健防护，包括安全启动、硬件加密加速及加密通信功能。
中程XBee无线电
中档无线电耗电量更大，发热量更高，价格通常也更高。在距离较远或网状网络需要覆盖较大区域时，最好使用它们。其中许多协议使用免许可证的千兆赫以下频率，但因地区而异，因此需要更加注意合规性。太阳能发电场、市政照明控制和远程设备监控都是IoT 中程模块的最佳使用案例。
Digi XBee PRO（高功率） - Zigbee、DigiMesh、802.15.4 及 XBee 3 PRO RR
Digi最小无线网络模块的高功率版本，集成了蓝牙低功耗技术和板载可编程功能。其视距传输范围达2英里，适用于楼宇自动化、全厂控制、智慧城市解决方案及大面积农业传感。中距离传输比常规功率版本消耗更多电量，但可通过多种休眠选项加以缓解。 网络可混合使用高功率与低功率模块，从而优化电池寿命与成本效益。
900HP 模块的传输距离很远（使用高增益天线时最远可达 28 英里），并提供网状选项，可将分布在大范围内的多个合作节点连成网络。900 MHz 的频率限制了它在北美和其他少数几个国家的使用，而且它的最佳范围是在吞吐量非常低的情况下，但只要它的特性符合您的应用需求，它就能提供出色的解决方案。
Digi XBee® LPX 900模块是一款专为远距离连接设计的紧凑型可靠射频解决方案。该模块Digi XBee 900HP完全兼容，内置表面声波(SAW)滤波器可有效抑制带外噪声，实现更快速、更可靠的数据传输。 该模块已通过预认证，工作于902-928 MHz ISM频段，确保符合监管标准并简化部署流程。
长距离XBee无线电
当需要覆盖大范围距离时，就需要长距离通信协议。IoT 通常IoT 依靠电池供电，因此常见的做法是在保持长通信距离的同时降低吞吐量以节省电能。智能城市项目、工业园区监控、远程采矿或钻探作业，以及广域农业系统，都是此类无线电技术的典型应用场景。尤其当传输数据量较小但需要远距离传输时，这种方案更为适用。
Digi XBee PRO
Digi XBee PRO是新一代长距离无线射频模块，工作于亚吉赫兹ISM频段，具备软件可选的高发射功率（最大1瓦输出功率）和强大的256位AES加密功能，支持DigiMesh®网络技术以实现可靠安全的通信。该模块在保持紧凑的XBee外形尺寸的同时，提供卓越的视距传输距离和抗干扰能力，并Digi XBee 轻松配置。 专为严苛的IoT 工业应用设计，该模块兼具坚固耐用的工业级温度工作特性与灵活的低功耗无线连接能力。
Digi XBee 868是一款面向欧洲市场的868 MHz射频模块。该模块采用低功耗Silicon Labs微控制器与Analog Devices ADF7023收发器，配合集成式SAW滤波器实现业界领先的抗干扰性能，可运行DigiMesh®网络协议或点对多点网络协议。Digi XBee 868工作频率范围为863 MHz至870 MHz，可在全球多个地区部署，包括已获批准的欧洲国家。
Digi X-ON是一款端到云解决方案，包含Digi XBee LoRaWAN 模块、网关以及 Digi X-ON 管理平台。您可立即使用 SparkFun Digi X-ON LoRaWAN 开发套件开始操作。北美版 SparkFun 套件请点击此处获取，欧洲版 SparkFun 套件请点击此处获取。
LoRaWAN解决方案为无线通信的传感器端和网关端提供专用产品。LoRa无线调制技术属于非视距通信技术，能够穿透建筑物、植被等障碍物，以及工业机械等高射频干扰区域。
LoRaWAN是一种全球性标准，主要工作在900 MHz、868 MHz和400 MHz频段（具体取决于各国法规），采用特定配置的LoRa调制方案。LoRaWAN传感器功耗极低，在视距范围内可实现高达100公里的双向通信。 典型非直线视距应用距离可达20公里。网关作为高性能供电系统，可连接多台设备，并通过Digi X-ON等云平台进行管理，从而实现大规模扩展能力。
LoRaWAN专为小数据负载优化，每个网关可支持数千台设备，并可配置为低功耗电池供电模式或低延迟有源供电模式。LoRaWAN解决方案特别适用于公用事业、农业及工业系统等分布式户外基础设施。Digi X-ON云平台不仅管理LoRaWAN无线系统，还为设备和网关提供自动化配置与部署功能。
蜂窝电话 - 混合和扩展范围
比较蜂窝网络与其他协议的覆盖范围总是很棘手，因为任何单个蜂窝模块的覆盖范围都很有限，而全球移动网络覆盖则意味着几乎放置在任何地方的设备都能与全球各地的其他设备通信。
新协议更易于延长电池寿命，并改进了睡眠模式的省电方法。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IoT 的低带宽需求。
蜂窝模块非常适合移动应用或无法自行建设无线网络基础设施的固定地点。无论您是要跟踪装运集装箱、监控自动售货机还是在 ATM 上清点货币，蜂窝模块都能以低廉的预算提供全球覆盖。
这款终端设备认证的LTE Cat 1模块具备板载可编程性、蓝牙低功耗功能，并采用Digi XBee 可加速项目上市进程。此外，凭借运营商在美国及其他全球市场近乎无处不在的蜂窝网络覆盖，XBee蜂窝Cat 1模块拥有广阔的应用范围。虽然Cat 1吞吐量不足以支持视频等媒体传输，但对于需要传输适量数据的IoT 而言堪称理想之选。 Cat 1数据套餐成本低廉，并包含短信等技术支持，为开发提供高度灵活性。模块可选配预激活SIM卡，助力设备以最低阻力快速上市。
Digi XBee Cat 4调制解调器提供近乎无限的覆盖范围，如同Cat系列产品。作为XBee蜂窝系列的最新成员，该模块使原始设备制造商能够快速在其部署中集成无线连接功能——预认证的XBee LTE Cat 4模块可根据需求灵活切换多种频率和无线协议。
与Cat 1和Cat 4系列产品相同，IoT 具备终端设备认证、板载可编程性、蓝牙低功耗及熟悉的接口，并拥有近乎无限的传输距离（与Cat系列相当）。LTE-M和IoT 均专为支持低带宽IoT 而设计，可在低成本条件下实现低功耗需求。 两种协议的数据套餐价格低廉，新型蜂窝休眠选项可使设备电池续航长达数月甚至更久。可选配预装SIM卡，使IoT 出厂后即可直接交付用户，部署过程轻松便捷。这是IoT 产品线中最具前瞻性的模块之一。
组合解决方案：短距离 + 长距离
有时最佳解决方案是将多种连接类型融合使用。例如在远程环境感知应用中，可采用Zigbee或DigiMesh短程网络密集覆盖油井平台等相对狭小区域，再通过Digi XBee SX等长程无线电设备将数据回传至远端控制中心。 在移动信号覆盖的非偏远区域，蜂窝网络同样是理想的回传选择。同一网络还可集成超短距离的蓝牙低功耗技术，支持通过本地智能手机直接配置传感器。通过融合多种协议使其各展所长，往往能打造出最优的IoT 。
该图表概述了协议、数据传输速率和功耗。
来源：Behr Tech贝洱科技
摘要
我们已探讨过无线通信的覆盖范围及其诸多影响因素，由此可知"无线电信号能传播多远"的答案永远是"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——所有这些因素都会产生影响。那么，我们该如何找到最佳解决方案？
首先，你必须考虑所有变量，包括：
- 预期用途是室内还是室外？
- 应用程序是移动的还是固定的？
- 您需要走多远？
- 传输数据的大小和频率是多少？
- 会有很多无线电噪音吗？
- 是用纽扣电池供电，还是可以插入电源？
- 将有多少设备或节点连接在一起？
- 您预计会出现哪种类型的建筑结构或室外地形？
- 将在全球哪些地区部署设备？
- 系统的成本是多少，同时还能带来所需的投资回报？
无论您需要何种无线电传输距离，Digi都能助您走得更远。如需了解更多信息，建议您查阅这份 IoT 角色概述及我们的架构选择指南。
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本文最初发表于2021年12月，并于2026年1月进行了更新。