Особенности современных технологий беспроводной передачи данных в диапазоне 434/868 МГц

Экспертная статья

По данным  Ассоциации разработчиков и производителей электроники, в России более 3000 компаний занимаются производством электронного оборудования.  В значительном сегменте продукции, выпускаемой этими компаниями,  применяются технологии беспроводной связи. Сегодня на рынке представлен достаточно обширный спектр таких технологий. Если оценивать их по критерию частотного диапазона, то существуют две основные группы: стандарты, работающие в диапазоне 2,4 ГГц, и стандарты, работающие в  субгигагерцевых диапазонах 433, 868 и 915 МГц.

Диапазон 2,4 ГГц представлен такими технологиями, как Bluetooth, Wi-Fi и ZigBee. Они популярны и пользуются активным спросом у разработчиков. Среди них есть продукты, обеспечивающие, например,  очень высокую скорость передачи данных. Но значит ли это, что они универсальны? Нет. По ряду критериев они определенно проигрывают технологиям с субгигагерцевым диапазоном. 

Субгигагерцевый диапазон –  выделенные частоты в диапазоне до 1 ГГц, которые используются в промышленных, научных и медицинских целях. Благодаря тому, что радиоволны передаются на более низких частотах, дальность связи значительно увеличивается по сравнению с технологиями в диапазоне 2,4 ГГц.

• Что дает субгигагерцевый диапазон?

Итак, что же, помимо скорости передачи данных и дальности связи, отличает устройства для передачи информации в субгигагерцевых диапазонах от остальных технологий? Уникальность. Они не имеют стандартного вида, то есть стэки протоколов можно создавать и менять по желанию разработчика.

Широкий выбор компонентов. Выпуском подобных устройств занимаются многие отечественные и зарубежные компании. За счет этого легко подобрать компоненты, которые оптимально подходят под конкретный проект по цене, способу монтажа, интеграционным возможностям и другим характеристикам.Большой диапазон покрытия. Радиоволны в субгигагерцевых диапазонах лучше огибают физические препятствия и лучше выдерживают влияние различных сред.Работа на больших расстояниях. Дальность действия может достигать десяти километров.  

• Особенности эксплуатации

Сравним работу технологий, работающих в разных диапазонах, с практической точки зрения в реальных условиях эксплуатации. Один из существенных факторов, влияющих на исправную работу радиомодуля, - помеховая обстановка. Что касается диапазона 2,4 ГГц, то в нем работает большое количество коммерческих устройств: смартфоны, Wi-Fi -роутеры, микроволновые печи и прочие устройства промышленного и индивидуального пользования. Такие устройства, как правило, работают продолжительные отрезки времени без перерывов и могут стать источниками помех.

Диапазон 433 МГц менее загружен. Но на нем нередко работают системы сигнализаций, что тоже может вызывать помехи. Самым чистым от помех считается диапазон 868 МГц. Не исключено, что это связано с тем, что диапазон стал доступен для работы без лицензии в России сравнительно недавно. Еще один важный фактор при постоянном использовании устройств беспроводной связи – экономность расхода энергии. Здесь действует прямая взаимосвязь: с ростом частоты растет и энергоемкость. Так, например, если ZigBee-трансивер, работающий в диапазоне 2,4 ГГц, потребляет 20…40 мА, то у трансивера, работающего в диапазоне до 1 ГГц, потребление составит 10…20 мА.

В некоторых источниках говорится, что технологии в субгигагерцевых диапазонах могут работать от батареи десять и более лет. Но это возможно только в случае периодического перехода устройства в состояние сна. В спящем режиме обмен данными не осуществляется, поэтому десятилетняя эксплуатация батареи возможна только в отдельных случаях. Если есть необходимость в бесперебойной работе устройства, то и потребление энергии будет расти.  При выборе  той или иной технологии беспроводной передачи данных немаловажную роль играет и сложность программного обеспечения, поддерживающего радиопротокол. Например, у технологии Wi-Fi повышенные требования к объему флеш-памяти микроконтроллера, требуется от 1 МБ. У ZigBee требования еще выше – десятки мегабайт.

13.08.2018