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。
无线射程也是如此。您需要评估使用情况，并了解无线电信号如何根据设备和环境传播。在本文中，我们将探讨所有的考虑因素，以确定模块范围和类型的最佳选择。
您的 项目。
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 中，您经常需要从远程位置传输少量数据。数据吞吐量对通信距离有很大影响。当数据传输速率增加时，设备间有效通信的范围就会缩小。这是因为快速数据传输率需要更高的信噪比才能成功解调。
如果有人在嘈杂的房间里语速很快，就很难听懂。如果他们放慢语速，就会更容易理解。无线电的工作原理与此类似。许多IoT 设备每天只发送一次传感器数值。当这些数据以较低的比特率发送时，就能在更远的地方被检测到。
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
山丘或山脉会吸收、衍射、反射或完全阻挡信号到达目的地。地面本身的构成也会对低频产生影响，信号在湖泊、海洋或沼泽上的传播效果要好于沙漠等干燥地区。菲涅尔区是天线之间一个大致呈足球状的区域，应尽可能清除地形和障碍物，以优化通信性能。
10.天线和范围
天线将电信号转化为无线电波，"空中 "传输信息。对于接收器来说，无线电波又被转换成计算机能够理解的电子变化。正确使用合适的天线至关重要。选择不当会限制传输距离、浪费电池电量，并使精心设计的系统变成支持方面的噩梦。更多信息，请参阅我们的指南《天线设计的 10 大注意事项》。
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
精心的设备电源管理可将电池寿命从数天延长至数年。节省电量的一个好方法是根据应用要求匹配无线电的范围。选择较短范围的协议或手动限制传输功率以有效缩短传输范围，可以延长电池寿命。
有些协议可以通过自适应数据速率功能自动限制传输功率，动态地将设备限制在最低可靠传输功率。这在设备移动或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）时尤其有用。
睡眠模式
为了节约能源和延长电池寿命，IoT 设备在不需要时通常会使用睡眠模式。处于睡眠状态的无线电模块通常不会接收任何传输。但是，许多IoT 用例要求现场设备进行传输和接收。
如果网络或协议设计支持存储转发方法，您可以使用这种方法。在某些协议中，这种方法由 "父 "无线电节点实现，它们会暂时存储为睡眠中的 "子 "设备发送的信息，直到 "子 "设备醒来并提出请求。在其他协议中，中央网络服务器充当父节点，只有在检测到远程设备唤醒时才转发信息。如果电源管理得当，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® 无线电模块有多种规格可供选择，以适应IoT 应用和环境的多样性。通用的物理外形尺寸、共享接口和数十年的可靠性使Digi XBee 平台成为无线网络领域的佼佼者，无论您的项目需要在一个房间内还是在全球范围内进行通信。Digi LoRaWAN® 解决方案扩大了 Digi 的产品范围。
下面让我们快速了解一下每种模块类型。有关 XBee 生态系统的更多详细信息，请参阅我们的 XBee 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。
单个微型模块支持三种不同的无线网络协议，以及 BLE 和板载可编程功能。它的视距可达 4000 英尺，是家庭自动化、工业控制和环境传感的理想解决方案。短距离通信和中等带宽支持较长的电池寿命。网状选件可实现比单个节点覆盖范围更大的网络，覆盖大型家庭或小型户外农场。
这些 Wi-Fi 嵌入式模块将最流行的无线网络技术之一引入Digi XBee 平台。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。
除了所选的主协议外，每个Digi XBee 3 模块都集成了 BLE。BLE 在智能手机上很常见，因此是配置模块、从电池供电的无线传感器记录数据或创建定位信标的简便方法。BLE 的传输距离通常很短（300 英尺或更短），但耗电量很小，因此是IoT 解决方案的理想辅助协议。
中等范围
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。
它是 Digi 最小的无线网络模块的高功率版本，包括 BLE 和板载可编程功能。它的现场线路范围为 2 英里，是楼宇自动化、工厂范围控制、智能城市解决方案和大面积农业传感的理想之选。它的中距离传输比普通功率版本耗费更多电池，但您可以通过实施几种睡眠选项中的任何一种来缓解这一问题。网络中可以混合使用高功率和低功率模块，以优化电池寿命和成本。
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。
这些模块具有与 Digi 传统 9XStream 无线电设备互操作的特点。它们在保持标准 XBee 通孔基底面的同时，以较低的带宽实现了较远的传输距离（最远可达 28 英里）。对于新设计，建议使用Digi XBee-PRO 900HP，它是一种较新的型号，具有更大的吞吐量灵活性。
远距离
当您需要覆盖较远的距离时，就需要长距离协议。对于IoT ，我们通常仍需要使用电池，因此通常会降低吞吐量，在保持长距离通信的同时节约电能。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都是这类无线电的典型应用。尤其是当需要发送的数据量很小，但却需要传输很远的距离时，更是如此。
XTend 既有 XBee 表面贴装格式，也有较旧的 9XTend 尺寸。这两种设计都是为了实现与 Digi 传统 9XTend 无线电设备的互操作性。它们的传输距离远（视距 40 英里），但对功率的要求却相当高，非常适合采矿和钻探作业、监控重型机械或远程气象站使用休眠来维持太阳能充电电池。
这些模块是Digi XBee 生态系统的 "肌肉模块"，可为构建低功耗、关键任务无线系统提供出色的可靠性和冗余性。通过可选的网状网络，它们可以创建覆盖范围极广的网络（视距可达 65 英里）。在更远的距离上，电力需求会更大，吞吐量也会受到限制。但Digi XBee-PRO SX 具有更远的传输距离、更强的抗干扰能力以及低于本底噪声的通信能力，是一款出色的IoT 解决方案。
Digi 产品线的最新成员是LoRaWAN 模块和网关组合套件。
Digi LoRaWAN 解决方案为无线通信的传感器和网关端提供专用产品。LoRa 无线调制是一种非视线技术，能够穿透建筑物、植被和/或工业机械等高射频干扰区域等障碍物。
LoRaWAN 是一项全球标准，主要工作频率为 900 MHz、868 MHz 和 400 MHz（取决于各国的规定），使用特定配置的 LoRa 调制方案。LoRaWAN 传感器的功率非常低，双向通信的视距可达 100 公里。典型的非视距应用可达 20 千米。网关是高性能供电系统，可连接多个设备，并通过 Digi X-ON 等云平台进行管理，以提供大规模可扩展性。
LoRaWAN 针对小型有效载荷和每个网关多达数千台设备进行了优化，并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室外基础设施的理想选择。Digi X-ON 云不仅能管理 LoRaWAN 无线系统，还能为设备和网关提供自动配置和部署功能。
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。
这款经过终端设备认证的 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，可加快项目进入市场的速度。1 类吞吐量不足以满足视频等媒体的需求，但对于需要传输大量数据的IoT 项目来说，它是个不错的选择。Cat 1 的数据计划价格低廉，还包括 SMS 等技术，提供了大量的开发灵活性。这些模块还可选择预激活 SIM 卡，有助于以尽可能少的摩擦将设备推出市场。
与 Cat 1 同类产品一样，这款 LTE-M/NB-IoT 模块通过了终端设备认证，具有 5-7 英里的传输距离、板载可编程性、BLE 和熟悉的接口。LTE-M 和 NB-IoT 协议旨在支持需要低功耗、低成本的低带宽IoT 应用。这两种协议的数据计划都很便宜，而且新的蜂窝睡眠选项可帮助设备电池持续数月或更长时间。IoT 设备可选择预装 SIM 卡，这样就可以从出厂时直接进入用户手中，使部署变得轻而易举。这是 DigiIoT 解决方案系列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 短程网络密集覆盖石油钻井平台等相对较小的区域，然后通过Digi XBee-PRO SX 等远程无线电将数据回传至位置较远的控制中心。在有蜂窝网络的不太偏远地区，这可能也是一个不错的回程选择。同一网络还可以实现极短距离的 BLE，以便通过本地智能手机直接配置传感器。将几种协议结合在一起，让每种协议都能发挥其最大作用，往往能创造出理想的IoT 解决方案。
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
我们已经介绍了无线通信的覆盖范围以及影响它的许多因素，说明了为什么无线电信号能传多远这个问题的答案是 "这取决于"。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，都会产生影响。那么，我们该如何找出最佳解决方案呢？
首先，您必须考虑所有变量，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？
无论您需要多远的无线电距离，Digi 都能助您一臂之力。如需了解更多信息，我们建议您浏览 IoT 设备作用概述和架构选择指南。
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Digi团队可以帮助您评估上述每个因素，并选择适合您的项目要求和覆盖所需范围的完美解决方案。请联系我们，我们将为您的决策提供帮助。