為了構建先進的無線系統，大多數開發人員最終將選擇兩種工業，科學和醫療（ISM）無線電頻段選項--2.4 GHz或sub-GHz頻率。將一個或另一個與系統的最高優先級配對將提供無線性能和經濟性的最佳組合。這些優先級可包括：范圍，功耗，數據速率，天線大小，互操作性（標準）和全球部署。但是，對于低數據速率應用，例如家庭安全/自動化和智能計量，sub-GHz無線系統具有多種優勢，包括更長的范圍，更低的功耗以及更低的部署和運營成本。

Sub-GHz無線電

Sub-GHz無線電可提供相對簡單的無線解決方案，可單獨使用電池供電長達20年。與2.4 GHz無線電相比的顯著優勢包括：

范圍 - sub-GHz無線電的窄帶操作可實現一公里或更長的傳輸范圍。這允許sub-GHz節點直接與遠端集線器通信，而無需在節點之間跳躍，這通常需要使用更短距離的2.4 GHz解決方案。在2.4 GHz以上的應用中，sub-GHz優越的性能有三個主要原因：

當無線電波穿過墻壁和其他障礙物時，信號會減弱。衰減率在較高頻率下增加，因此2.4 GHz信號比sub-GHz信號衰減得更快。

2.4 GHz無線電波也比sub-GHz波更快地衰減，因為它們在密集表面上反射。在高度擁擠的環境中，2.4 GHz的傳輸會迅速減弱，從而對信號質量產生不利影響。

即使無線電波以直線傳播，它們也會在達到穩固邊緣時彎曲（如同建筑）。隨著頻率的降低，衍射角度增加，允許sub-GHz信號在障礙物周圍進一步彎曲，從而減少阻塞效應。

Friis方程演示了sub-GHz無線電的優越傳播特性，表明2.4 GHz時的路徑損耗比900 MHz時高8.5 dB。

對于900 MHz無線電，這相當于2.67倍更長的范圍，因為功率增加每增加6 dB，范圍大約翻倍。為了匹配900 MHz無線電的范圍，2.4 GHz解決方案需要大于8.5 dB的額外功率。

低干擾 - 航空公司充斥著來自各種來源的沖突2.4 GHz信號，例如家庭和辦公室Wi- Fi集線器，支持藍牙的計算機，手機外圍設備和微波爐。這種2.4 GHz信號的交通堵塞造成了很多干擾。 Sub-GHz ISM頻段主要用于專有的低占空比鏈路，并且不太可能相互干擾。更安靜的頻譜意味著更輕松的傳輸和更少的重試，更高效，節省電池電量。

低功耗 - 功率效率和系統范圍都是接收器靈敏度加上傳輸頻率的函數。靈敏度與信道帶寬成反比，因此較窄的帶寬可以產生更高的接收靈敏度，并允許在較低的傳輸速率下進行高效操作。

例如，在300 MHz時，如果發送器和接收器晶體誤差（XTAL不準確）均為10 ppm（百萬分之一），則每個誤差為3 kHz。對于高效發送和接收的應用，最小信道帶寬是誤碼率的兩倍，即6 kHz，這是窄帶應用的理想選擇。 2.4 GHz的相同場景要求最小48 kHz的信道帶寬，這會浪費窄帶應用的帶寬，并且需要更多的工作功率。

一般來說，所有無線電電路都運行在更高頻率，包括低噪聲放大器，功率放大器，混頻器和合成器需要更多電流才能達到與低頻相同的性能。

圖1：隨著無線電頻率的降低，天線尺寸也會按比例增加。

范圍，低干擾和低功耗是超過2.4 GHz應用的sub-GHz應用的基本優勢。經常提到的缺點之一是天線比2.4GHz網絡中使用的天線大。例如，433 MHz應用的最佳天線尺寸可達7英寸。但是，天線尺寸和頻率成反比。如果節點尺寸是一個重要的設計考慮因素，開發人員可以提高頻率（高達950 MHz），以便采用更小的天線。

2.4 GHz與sub-GHz應用趨勢的關系

2.4 GHz和sub-GHz技術正在消費，工業和汽車市場中不斷擴展。 2008年2.4 GHz TAM為1.72億單位，而sub-GHz TAM幾乎是該數字的三倍，為4.92億。

圖2說明了sub-GHz和2.4 GHz應用在特定應用中的主導地位。遠程無鑰匙進入（RKE）是一種常見的sub-GHz應用，其中相當長距離（100+米）的低數據速率傳輸和非常長的電池壽命是高優先級。遠程車庫門開啟器（GDO）和輪胎壓力監測系統（TPMS）也是如此。

有幾個市場，例如玩具，醫療設備，安全系統和樓宇自動化，其中兩個無線選項都在同一系統中使用。例如，在建筑安全性方面，需要2.4 GHz無線電來為高數據速率攝像機提供服務，而接近，壓力和加速度傳感器則使用sub-GHz協議進行聯網。

圖2：消費類，工業和汽車應用中的無線頻率趨勢。

范圍，功耗，天線尺寸和數據速率不是無線應用的唯一設計考慮因素。還必須解決全球部署和軟件堆棧大小和成本問題。

全球部署

全球合規性是許多無線應用的重要設計考慮因素。例如，在全球銷售其產品的視頻游戲制造商可以將2.4 GHz無線電用于其所有控制臺，因為它是全球ISM分配。同樣，使用433 MHz頻段的無線應用共享全球sub-GHz ISM分配，日本是唯一的主要市場例外。

此外，915 MHz廣泛用于北美和澳大利亞，868 MHz部署在整個歐洲，315 MHz可在北美，亞洲和日本使用。

標準與專有解決方案

許多用于無線PHY，MAC和堆棧層的標準解決方案可用于2.4 GHz和sub-GHz應用。 802.15.4（PHY/MAC），ZigBee，藍牙，6LoWPAN，Wi-Fi和RF4CE是廣泛使用的2.4 GHz解決方案。基于Sub-GHz標準的解決方案包括ZigBee（目前唯一提供868 MHz和900 MHz頻段的2.4 GHz和sub-GHz版本的協議），EnOcean，io-homecontrol?，ONE-NET，INSTEON?和Z-Wave雖然標準解決方案提供獨立于供應商的可互操作節點的優勢，但它們通常會增加每個節點的成本和占用空間。

通過專用功能和小型軟件堆棧，專有解決方案可以實現更小的芯片尺寸和更少的內存占用。更重要的是，不太復雜的堆棧簡化了部署并降低了維護成本。因此，專有的sub-GHz解決方案可以提供最便宜的點對點本地化網絡，例如車庫門開啟器或家庭自動化系統。

隨著智能電網技術的出現，更廣泛的遠程sub-GHz網狀網絡（專有或基于標準）的機會正在飛速發展。

用于智能電網技術的Sub-GHz應用》智能電網技術是21世紀的電子設備，可增強20世紀能源電網基礎設施的功能，實現家庭與企業及其公用事業公司之間的雙向通信。 Sub-GHz通信在許多智能電網應用中具有明顯的優勢。例如，其較長的范圍允許更多家庭和企業與更少的集線器通信，這節省了公用事業提供商的部署和維護成本。此外，電池供電的燃氣表和水表可以在不更換電池的情況下運行數年。世界各地的智能能源應用正在進行重大標準化工作（802.15.4 G，無線MBUS等），其中sub-GHz是從儀表到公用事業的長距離通信鏈路的主要頻段。

自動化計量系統 - 自動化電子儀表為公用事業提供商提供了更高的可靠性和準確性，易于校準，更高的安全性和先進的計費功能。

完整的系統可以利用遠程，低成本的無線通信，實現智能電網所需的有效數據交換。

在圖3中，自動計量系統支持四種智能儀表：

電表通過測量消耗的千瓦時和負載的功率因數，以及記錄使用電的時間來支持多速率計量。

燃氣表和水表使用正位移流量計，測量單位體積的流體或氣體通過流量計的次數。低運行功率至關重要，因為這些儀表通常由電池供電。

圖3：用于智能電網應用的自動計量系統。

熱量表使公用事業公司能夠根據所使用的BTU數或千瓦數向客戶收費，這是通過測量通過系統的熱水流量并記錄其來計算的。輸入和退出溫度。這些儀表主要供工業客戶使用。

這些儀表中的每一個都配備了一個sub-GHz無線電，可以快速，低成本地將數據傳輸到計量聚合器（或集線器），作為公用事業公司的網關。反過來，聚合器可以通過相同的sub-GHz網絡從公用設施提供商返回到各個儀表。這樣可以更有效地利用可用的水和能源，并為客戶提供更準確的計費服務。

結論

Sub-GHz無線網絡可以在任何低數據速率系統中提供極具成本效益的解決方案，與更大的網狀網絡的簡單點對點連接，其中長距離，強大的無線電鏈路和延長的電池壽命是主要優先事項。更高的調節輸出功率，更低的吸收，更少的光譜污染和窄帶操作增加了傳輸范圍。更高的電路效率，更好的信號傳播和更小的存儲器占用空間降低了整體功耗，這可能導致多年的電池供電運行。

Silicon Labs是混合信號RF集成的全球領導者。該公司的EZRadio和EZRadioPRO系列低功耗，低數據速率，低成本IC產品支持亞GHZ點對點，星形和網狀網絡以及復雜的，基于標準的網狀網絡應用。將這些無線電與Silicon Labs的混合信號MCU以及音頻，電源和定時IC相結合，將為更高效，更經濟的無線網絡應用提供核心技術，用于消費和工業監控。