隨著智能家居設(shè)備和解決方案的多樣性不斷增長(zhǎng)——使我們的生活更加方便和互聯(lián)——了解支撐它們的通信框架比以往任何時(shí)候都更加重要。我們與 Building36 Technologies 客戶成功和集成總監(jiān) Mariusz Malkowski 坐下來(lái)討論了他對(duì)為什么 sub-GHz 頻率仍然是智能家居技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵方面的看法，以及使用設(shè)備和解決方案的未來(lái)前景低于 GHz 的。

智能家居的起源

問(wèn) Malkowski 智能家居技術(shù)依賴 sub-GHz 層進(jìn)行通信有多久了，他會(huì)告訴你，我們首先需要確定“智能家居”何時(shí)真正開(kāi)始。

“我認(rèn)為智能家居的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是 2007 年的 iPhone，當(dāng)時(shí)消費(fèi)者開(kāi)始希望用他們的手持設(shè)備做更多事情，”他說(shuō)。“你會(huì)發(fā)現(xiàn) 20 到 30 年前的智能家居空間中的設(shè)備，但當(dāng)時(shí)它們可能不被稱為智能家居。相反，“家庭自動(dòng)化”是一個(gè)大詞。那時(shí)，你可以花幾十萬(wàn)美元安裝一個(gè)智能家居系統(tǒng)，但它現(xiàn)在變得更加可靠和實(shí)惠。”

自家庭自動(dòng)化早期以來(lái)，專有和基于標(biāo)準(zhǔn)的解決方案的激增為消費(fèi)者提供了 2.4GHz 和 sub-GHz 層的各種選擇。然而，只有 sub-GHz 才能提供更廣泛的范圍、更長(zhǎng)的電池壽命、更好的可靠性和減少擁擠的基本優(yōu)勢(shì)。

最大化范圍和電池壽命

“與 2.4GHz 相比，考慮到相同的功率預(yù)算 - 使用相同數(shù)量的能量 - 你將從 Z-Wave 獲得大約兩倍的范圍，這取決于它的物理特性，”Malkowski 解釋說(shuō)。“現(xiàn)在，使用 Z-Wave 長(zhǎng)距離，這被拋到了窗外，你的典型范圍將是大約一英里，而在 2.4GHz 上，你很幸運(yùn)能達(dá)到 300 英尺。頻率越低，范圍越大，穿透力越好。”

一張白皮書(shū)德克薩斯州奧斯汀的 Silicon Laboratories 發(fā)表的文章擴(kuò)展了 sub-GHz 的這一特殊優(yōu)勢(shì)。它列舉了超過(guò) 2.4GHz 應(yīng)用的范圍性能更好的三個(gè)主要原因：“隨著無(wú)線電波穿過(guò)墻壁和其他障礙物，信號(hào)減弱。衰減率在較高頻率處增加。因此，2.4GHz 信號(hào)比 sub-GHz 信號(hào)衰減得更快。” 其次，它說(shuō)，“2.4GHz 無(wú)線電波在從密集表面反射時(shí)也比 sub-GHz 波衰減得更快。在高度擁塞的環(huán)境中，2.4GHz 傳輸會(huì)迅速減弱，從而對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。” 最后，它說(shuō)：“雖然無(wú)線電波沿直線傳播，但當(dāng)它們碰到實(shí)心邊緣時(shí)，它們確實(shí)會(huì)彎曲。隨著頻率降低，衍射角增加，使 sub-GHz 信號(hào)在障礙物周圍彎曲得更遠(yuǎn)，

關(guān)于電池壽命，Malkowski 解釋說(shuō)，sub-GHz 頻率可以支持高達(dá) 2.4GHz 同類設(shè)備的兩倍而無(wú)需更換。“來(lái)自給定制造商的同一個(gè)門(mén)鎖，其無(wú)線電頻率為 900MHz——您可能需要大約 18 到 24 個(gè)月才能更換它。另一方面，對(duì)于 2.4GHz，由于通信的性質(zhì)，大約需要 12 到 16 個(gè)月，”他說(shuō)。

對(duì)此，Silicon Laboratories 的白皮書(shū)解釋說(shuō)：“靈敏度與通道帶寬成反比，因此更窄的帶寬會(huì)產(chǎn)生更高的接收器靈敏度，并允許在更低的傳輸速率下高效運(yùn)行。” 它繼續(xù)說(shuō)道，“一般來(lái)說(shuō)，所有在較高頻率下運(yùn)行的無(wú)線電電路......需要更多的電流才能達(dá)到與較低頻率相同的性能。”

開(kāi)放、可靠的高速公路

花點(diǎn)時(shí)間數(shù)一數(shù)您家中支持 Wi-Fi 或藍(lán)牙的設(shè)備的數(shù)量。當(dāng)您考慮到您的計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、智能揚(yáng)聲器、智能電視、游戲機(jī)、遙控器（有時(shí)甚至是微波爐）都在競(jìng)爭(zhēng)以超過(guò) 2.4 GHz 的頻率運(yùn)行時(shí)，很容易理解事情會(huì)變得有點(diǎn)擁擠。

另一方面，sub-GHz 層不會(huì)受到相同數(shù)量的流量的影響，Malkowski 解釋說(shuō)：“在 2.4GHz 的相同空間內(nèi)擁有的設(shè)備越多，潛在的可靠性就越低。這就是為什么處于 sub-GHz 如此重要的原因。”

這種觀點(diǎn)得到了 Silicon Laboratories 白皮書(shū)的回應(yīng)，該白皮書(shū)指出：“Sub-GHz ISM [工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療] 頻段主??要用于專有的低占空比鏈路，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次數(shù)，從而更高效并節(jié)省電池電量。”

更高的 sub-GHz 可靠性的另一個(gè)方面是減少延遲。Malkowski 解釋說(shuō)：“考慮到延遲——或者你與設(shè)備的通話速度——你可以在兩秒內(nèi)打開(kāi) Z-Wave 門(mén)鎖，這是最壞的情況。而在 ZigBee 或 OpenThread 中，則需要 8 到 10 秒。這種差異真的很重要嗎？有時(shí)會(huì)，有時(shí)不會(huì)。”

Malkowski 用一個(gè)類比總結(jié)了 sub-GHz 頻率的優(yōu)勢(shì)：“在 sub-GHz 層，我得到了在擠滿汽車的六車道高速公路上的體驗(yàn)，而我只是一個(gè)人在左邊巡航車道。” 他強(qiáng)調(diào)，可靠性和不受其他設(shè)備干擾最終將成為智能家居解決方案未來(lái)發(fā)展的關(guān)鍵。

不同的國(guó)家，不同的頻率

Sub-GHz 最常被提及的缺點(diǎn)是需要根據(jù)您所在的國(guó)家/地區(qū)重新調(diào)整頻率。“使用Z-Wave以外的技術(shù)的公司——他們經(jīng)常指出這不是一個(gè)全球性的解決方案，”Malkowski 說(shuō)。“使用 ZigBee 或 OpenThread，我們可以制造一種設(shè)備并將其銷往世界各地，但使用 Z-Wave，這是不可能的。”

但是，盡管設(shè)備制造商在將其產(chǎn)品推向全球市場(chǎng)時(shí)面臨障礙，但必須注意的是，對(duì)于美國(guó)的普通智能家居消費(fèi)者而言，自動(dòng)照明控制和車庫(kù)門(mén)開(kāi)啟器在國(guó)外可以使用并不是一個(gè)完全必要的特性——對(duì) sub-GHz 的這種限制是無(wú)關(guān)緊要的。

面向未來(lái)的解決方案

隨著智能家居技術(shù)市場(chǎng)的快速發(fā)展，人們擔(dān)心 sub-GHz 層本身最終會(huì)變得過(guò)于擁擠是可以原諒的——或者僅僅是由于一些新的 FCC 法規(guī)或被替換為設(shè)備制造商而成為一種不可行的選擇。它的高頻對(duì)應(yīng)物。

但 Malkowski 并不過(guò)分擔(dān)心：“我們正在看到像 Amazon Sidewalk 這樣的 sub-GHz 層的新增功能，但我們距離它們?cè)陬l率方面的位置還很遠(yuǎn)。他們使用擴(kuò)頻，這允許他們?cè)诓煌念l率上跳躍。所以，它變得人滿為患的概率遠(yuǎn)小于2.4，它有固定的頻道。這是主要的區(qū)別。” 他補(bǔ)充說(shuō)：“此外，通常是緊急服務(wù)決定哪些頻率可用或不可用。我預(yù)計(jì)我們今天可以使用的相同頻段在 20 多年后仍將可用。”

遠(yuǎn)非黯然失色——sub-GHz 頻率是一種更快、更可靠、更具成本效益的設(shè)備通信解決方案，將在未來(lái)幾十年繼續(xù)造福智能家居技術(shù)消費(fèi)者。