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为什么Wi-Fi HaLow的覆盖范围可以超过1公里?

2021-06-07 胡安编译 阅读:
为什么 Wi-Fi HaLow 信号在不需要网络扩展器的情况下比传统 Wi-Fi 传输的距离远10倍?

Wi-Fi HaLow能以比传统Wi-Fi远得多的距离、低得多的功耗连接大量物联网设备,之前EDN分析过《Wi-Fi HaLow让电池省电的9个设计秘密》,在本文中,我们整理了WiFi HaLow能实现远距离传输的几个原因。sPmednc

  • 与传统Wi-Fi使用的最窄20-MHz信道相比,Wi-Fi HaLow的sub-1-GHz信号使用1 MHz及以上的更窄信道。由于信道中的热噪声较低,这20倍的带宽因子转化为13dB的链路预算改进。
  • 750至950MHz之间的射频频率与传统的2.4 GHz Wi-Fi 相比,需要额外增加8至9 dB的链路预算,从而节省自由空间传播损耗。
  • 此外,Wi-Fi HaLow 协议添加了范围优化调制和编码方案 (MCS10),可提供额外的 3-dB链路预算提升。

这样sPmednc

  • 与传统的 2.4-GHz IEEE 802.11n (Wi-Fi 4) 相比,Wi-Fi HaLow 提供高达 24 dB的链路预算改进。
  • 与使用5-GHz和6-GHz 频率的更高频率、更高带宽的 802.11ac (Wi-Fi 5) 和 802.11ax (Wi-Fi 6/6E) 协议相比,HaLow 链路预算优势进一步增强。具有更宽带宽的GHz频谱。

这解释了为什么 Wi-Fi HaLow 信号在不需要网络扩展器的情况下比传统 Wi-Fi 传输的距离远10倍。sPmednc

功能 Wi-Fi 4/5/6 (IEEE 802.11n/ac/ax)        Wi-Fi HALOW        (IEEE 802.11ah)
工作频段 2.4GHz、5GHz、6GHz Sub-1-GHz(美国是902到928 MHz)
信道宽度选择 20、40、80、160 MHz 1,2,4,8, (16 optional)MHz
每个接入点的最大可寻址站点 2007 8191
单流MCS数据速率范围 6.5到150Mb/s (802.11n,Wi-Fi 4) 150kb/s到86.7Mb/s
覆盖范围 100米内 大于1公里
链路预算提升(1-MHz信道)   15-24 dBm

表:Wi-Fi和Wi-Fi HaLow性能对比。(制表:EDN电子技术设计)sPmednc

为最终用户提供覆盖数百米的无线物联网解决方案——无需额外的扩展器或昂贵的蜂窝数据计划——是 802.11ah 协议的关键竞争优势。sPmednc

强大的信号穿透能力

一般规则:频率越低,覆盖范围越长,穿透障碍的效果越好。sPmednc

但与传统 Wi-Fi 相比,Sub-GHz Wi-Fi HaLow信号可以更轻松地穿过墙壁和其他障碍物。与2.4 GHz和5 GHz频段中的 Wi-Fi协议相比,建筑材料sub-GHz HaLow 信号的影响较小。sPmednc

图:802.11n/ac(左)和802.11ah(右)吞吐量与范围的比较。(图片来源:Sensors (Basel).)sPmednc

Wi-Fi HaLow利用正交频分复用(OFDM)调制来校正反射和多径环境。sPmednc

这么强的信号穿透能力,物联网应用就不需要再添加专有集线器或桥接设备。sPmednc

优异的可扩展方案

单个 Wi-Fi HaLow AP 最多可寻址 8,191 台设备,是传统 Wi-Fi AP 的四倍多。sPmednc

家庭 Wi-Fi 路由器一般支持数十台设备。当宽带服务提供商在家中部署时,单个Wi-Fi HaLow AP 可以成为一个可扩展的平台,用于提供额外的安全和公用事业管理设备和服务。sPmednc

这最大限度地减少了信号冲突,并为有源设备释放了无线电波,以尽可能快的MCS速率传输更多数据。sPmednc

与传统 Wi-Fi 一样,HaLow 可以根据信号完整性和与 AP 的距离自动调整带宽。预定义的 MCS 级别支持 150 kb/s 到 40 Mb/s 的带宽,适用于使用 1 到 8 MHz 信道宽度的单流、单天线产品,并且使用可选的16 -MHz宽的频道。sPmednc

Wi-Fi HaLow 的星型网络拓扑结构、卓越的渗透率、广泛的覆盖范围和巨大的容量将连接从难以部署和带宽受限的网状网络中解放出来,简化了网络安装,并最大限度地降低了总拥有成本。sPmednc

具有抗噪能力的免许可频谱

与 2.4-、5- 和 6-GHz 频段中的传统 Wi-Fi 一样,Wi-Fi HaLow 使最终用户能够拥有他们的设备并使用免许可的 sub-GHz 无线电频谱,范围从750到950MHz。sPmednc

Wi-Fi HaLow 的可用频率范围、最大发射功率和占空比在世界各地各不相同(例如,美洲的可用HaLow频谱为902至928MHz,而欧洲为863至868 MHz)。sPmednc

Wi-Fi HaLow 在工业、科学和医疗 (ISM) 频段内运行,可以使用多种信道带宽:1 MHz、2 MHz、4 MHz、8 MHz 和 16 MHz。sPmednc

带宽越窄,信号传输的距离就越远。使用 OFDM 以跨多个子信道的数据包形式传输数据,这可以提高具有挑战性的 RF 环境中的性能,尤其是在存在来自其他无线电设备的强烈干扰时。sPmednc

前向纠错 (FEC) 编码还为恢复数据包提供了额外的保护,确保了稳健的连接。sPmednc

作为一种远程协议,Wi-Fi HaLow支持超出2.4GHz和5GHz Wi-Fi范围的室内和室外物联网应用,例如远程安全摄像头、访问控制网络,甚至无人机。其他潜在用例包括体育场馆、购物中心和会议中心等大型公共场所。sPmednc

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