Абстрактный

В эпоху Интернета всего (IoE) дальность передачи беспроводной связи существенно влияет на покрытие и методы развертывания приложений IoT. Компания NiceRF Wireless Technology Co., Ltd. (NiceRF) уже давно работает в области беспроводной связи, непрерывно проводя исследования и разработки, а также внедряя инженерные решения в различных технологиях, таких как LoRa, FSK/GFSK, DSSS, UWB и полнодуплексный аудиосигнал. Благодаря систематической оптимизации входного канала связи, включая усилители мощности (PA) и малошумящие усилители (LNA), компания исследовала множество решений для увеличения эффективной дальности связи в различных сценариях применения.

В этой статье систематически рассматривается, как NiceRF обеспечивает более длительные и стабильные беспроводные соединения в различных сценариях применения с помощью технологических инноваций и инженерной оптимизации, стремясь стать одним из предпочтительных вариантов для клиентов в области беспроводной связи на большие расстояния.

1. Логика передачи данных на большие расстояния: синергетическое применение нескольких коммуникационных технологий

Когда в отрасли говорят о «дальней беспроводной передаче данных», многие, естественно, вспоминают технологию LoRa. Однако возможность передачи данных на большие расстояния обычно зависит от множества факторов, включая синергетическую оптимизацию радиочастотной инженерии, методов модуляции, обработки сигналов и системной интеграции.

В различных технологиях беспроводной связи компания NiceRF достигла сравнительно высоких показателей дальности связи в некоторых продуктах за счет оптимизации схем и систем усилителей мощности (PA) и малошумящих усилителей (LNA).

1.1 Три столпа передачи данных на большие расстояния

Для обеспечения стабильной беспроводной связи на больших расстояниях необходимы усилия одновременно в трех измерениях:

• Передатчик: высокая выходная мощность (технология PA). Интеграция или использование внешних усилителей мощности позволяет увеличить мощность передачи с обычных 100 мВт (20 дБм) до 1 Вт (30 дБм), 5 Вт (37 дБм) или даже 30 Вт (45 дБм). В модели свободного пространства увеличение мощности на 3 дБ теоретически может привести к увеличению расстояния; фактический эффект зависит от сценария, антенны и других факторов. Линейка продуктов NiceRF высокой мощности охватывает диапазон мощности примерно от 160 мВт до 30 Вт, что подходит для различных условий, таких как городская среда и дальняя связь.

• Приёмная сторона: высокочувствительный приём (технология LNA). Благодаря малошумящим усилителям и оптимизированной конструкции приёмного тракта чувствительность приёма может быть улучшена от -120 дБм до -148 дБм. В модели свободного пространства каждые 3 дБ повышения чувствительности теоретически могут обеспечить определённый выигрыш в дальности; фактический эффект зависит от сценария, антенны и других факторов. Максимальная номинальная чувствительность приёма модулей серии LoRa от NiceRF может достигать -148 дБм (в зависимости от чипа и конфигурации).

• Технология модуляции: защита от помех и проникновение. Передовые методы модуляции (такие как CSS LoRa и расширенный спектр DSSS) и канальное кодирование используются для баланса между помехоустойчивостью и дальностью передачи в сложных электромагнитных условиях. В некоторых решениях характеристики LoRa и DSSS объединяются для достижения баланса между этими двумя аспектами.

1.2 Преимущество комплексной технологии NiceRF

В отличие от производителей, сосредоточенных на одной технологии, NiceRF обладает глубокими познаниями во всех основных технологиях беспроводной связи и может поддерживать индивидуальные решения большой дальности, основанные на реальных потребностях клиентов:

• Технология LoRa: обеспечивает сверхбольшую дальность передачи данных в субгигагерцовом диапазоне с использованием таких чипов, как SX1262/SX1268/LLCC68, достигая 15–20 км на открытой местности (в типичных условиях, связанных с высотой, антенной, мощностью и т. д.).

• Технология FSK/GFSK: в сценариях, требующих более высоких скоростей передачи данных, оптимизация с использованием PA/LNA может обеспечить передачу данных на расстояние около 5–10 км (стабильность зависит от условий на месте).

• Технология DSSS: обеспечивает отличную помехоустойчивость в промышленных условиях, гарантируя надежную передачу данных в сложных электромагнитных условиях.

• Технология UWB: Хотя UWB в первую очередь используется для высокоточного позиционирования, благодаря оптимизации энергопотребления, модель NiceRF UWB3000F27 может обеспечить двустороннюю связь на расстоянии до 1,5 км на открытой местности. В определённых конфигурациях она обеспечивает более длинную линию связи, чем традиционные маломощные UWB-решения.

• Технология полнодуплексной аудиосвязи: аудиомодули, такие как SA618F30, с выходной мощностью 1 Вт обеспечивают передачу голоса и данных на большие расстояния в режиме реального времени, что подходит для экстренной связи и специальных операций.

Основная философия: Для NiceRF «большой радиус действия» не означает, насколько далеко может передавать сигнал отдельный продукт, а скорее цель достижения большего расстояния и стабильности при тех же условиях мощности для любой заданной беспроводной технологии.

2. Матрица продуктов дальнего действия: диапазон мощности от 100 мВт до 30 Вт

Компания NiceRF создала относительно полную линейку беспроводных продуктов дальнего радиуса действия, охватывающую широкий спектр вариантов применения: от средней мощности до сверхвысокой.

2.1 Линейка продуктов высокой мощности

Основные технологические моменты:

• LoRa6500Pro, мощный модуль LoRa от NiceRF, включает в себя высокопроизводительный усилитель мощности с выходной мощностью до 5 Вт, что делает его представительным в своем классе мощности.

• Поддерживает самоорганизацию Mesh-сетей, что позволяет дополнительно расширять зону покрытия за счет многоадресных ретрансляторов.

• Широкий диапазон входного напряжения (12–30 В), адаптируемый к различным промышленным условиям.

2.2 Высокопроизводительные многодиапазонные продукты

Основные технологические моменты:

• Серия LoRa1121F33 предлагает опциональную поддержку нескольких диапазонов и протоколов, что позволяет гибко переключаться между диапазонами 433/470/868/915 МГц.

• LoRa1120 поддерживает спутниковые диапазоны, что делает его пригодным для приложений Интернета вещей в отдаленных районах.

• Интегрированный усилитель мощности и малошумящий усилитель для двойной оптимизации характеристик передачи и приема.

2.3 Экономически эффективные продукты средней мощности

Основные технологические моменты:

• В серии LoRa-CC68 используется новейший чип LLCC68, обеспечивающий меньшую стоимость и энергопотребление, но при этом достигающий дальности передачи, близкой к решениям высокого класса за счет оптимизации LNA.

• Серия LoRa1262/1268 имеет чувствительность приема до -148 дБм, что позволяет осуществлять передачу на большие расстояния даже при низкой мощности.

• MiniF27 объединяет усилитель мощности мощностью 800 мВт в небольшом корпусе размером 16×16 мм, обеспечивая хорошее соотношение размера и производительности.

2.4 Продукция специального назначения

Основные технологические моменты:

• UWB3000F27 в конфигурации с более высокой мощностью обеспечивает большую дальность связи, чем традиционные маломощные UWB, выполняя двойную функцию позиционирования и связи за счет интеграции PA.

• SA618F30 поддерживает полнодуплексную передачу звука, что позволяет одновременно передавать голос и данные, что подходит для сценариев двусторонней радиосвязи и удаленного мониторинга.

• Для многих продуктов доступны дополнительные услуги по проектированию антенн, позволяющие оптимизировать характеристики покрытия.

3. Анализ основных технологий: как PA/LNA преодолевают барьер расстояния

3.1 Технология усилителей мощности (PA)

Усилитель мощности — ключевой компонент для обеспечения передачи сигнала на большие расстояния. Основные рекомендации NiceRF по проектированию технологии PA включают:

• Многоуровневая конструкция градиента мощности: от 100 мВт до 30 Вт, поддерживающая гибкий выбор мощности для удовлетворения потребностей различных сценариев применения.

• Высокоэффективная архитектура усилителя мощности: благодаря оптимизированным согласующим цепям и конструкции теплоотвода можно достичь эффективности около 60% (в зависимости от конкретной конструкции) в целевых диапазонах частот и условиях нагрузки, обеспечивая при этом высокую выходную мощность, тем самым снижая энергопотребление и тепловыделение.

• Широкий диапазон частот: конструкции усилителей мощности охватывают распространенные диапазоны частот от 150 МГц до 960 МГц, поддерживая основные мировые диапазоны ISM.

• Интегрированные схемы защиты: встроенная защита от перегрузки по току, перенапряжения и перегрева для повышения стабильности работы в сложных условиях.

3.2 Технология малошумящих усилителей (LNA)

Не менее важно и повышение чувствительности приёма. NiceRF добился значительной оптимизации качества приёма благодаря технологии LNA:

• Сверхнизкий коэффициент шума: коэффициент шума LNA составляет всего 1,5 дБ, что обеспечивает максимальное сохранение слабых сигналов.

• Конструкция с высоким коэффициентом усиления: коэффициент усиления LNA может превышать 20 дБ, что эффективно повышает чувствительность приема.

• Широкий динамический диапазон: не насыщается в условиях сильного сигнала и может эффективно усиливать слабые сигналы.

• Интегрированные фильтры: встроенные полосовые фильтры для подавления внеполосных помех и улучшения соотношения сигнал/шум приема.

3.3 Системные преимущества интеграции PA/LNA

4. Примеры применения: ценность дальнобойных технологий в реальных сценариях

4.1 Умное сельское хозяйство: беспроводное покрытие для крупных сельскохозяйственных угодий (примерный диапазон, типичные условия)

• Задача: Крупная ферма площадью более 10 квадратных километров нуждалась в централизованном управлении сотнями точек орошения. Стоимость традиционного проводного решения оценивалась в сотни тысяч юаней, а его обслуживание было сложным.

• Решение: Была внедрена беспроводная интеллектуальная система управления орошением NiceRF для фермерских хозяйств, построенная на основе модуля LoRa6500Pro.

• Архитектура системы:

• Программное обеспечение для ПК: поддерживает удобный интерфейс «человек-машина», позволяющий пользователям легко устанавливать системное время и графики полива.

• Master Base: интегрированный с модулем LoRa6500Pro, он получает команды от ПК и передает параметры различным узловым блокам посредством беспроводной связи на большие расстояния.

• Узел: интеллектуальные блоки управления, размещенные на полях, которые получают беспроводные команды и выполняют задачи полива автономно.

Рисунок 1: Сценарий применения интеллектуальной беспроводной системы орошения в сельском хозяйстве, демонстрирующий возможности покрытия беспроводной технологии дальнего радиуса действия на крупных сельскохозяйственных угодьях.

Рисунок 2: Интерфейс программного обеспечения для управления беспроводной системой полива с помощью ПК, поддерживающий настройку времени и конфигурацию 5 групп параметров полива.

Рисунок 3: Аппаратное обеспечение главной базовой станции, включающее беспроводной модуль дальнего радиуса действия NiceRF и интерфейс USB-последовательный порт.

Рисунок 4: Аппаратная часть исполнительного блока Node, оснащенная схемой драйвера H-моста для управления переключателем электромагнитного клапана.

• Рабочий процесс:

• Настройка параметров: пользователь отправляет команды полива из программного обеспечения ПК на главную базу через последовательный порт.

• Беспроводная передача: главная база передает параметры на назначенные узловые блоки с помощью LoRa6500Pro.

• Автономное исполнение: узлы Node получают и сохраняют стратегию полива, а затем точно управляют электромагнитными клапанами в заданное время.

• Результаты внедрения:

• Зона покрытия: одна главная база охватывает радиус приблизительно 8 км (примерная зона покрытия), что соответствует коммуникационным потребностям проекта.

• Экономия средств: в этом проекте экономия средств на проводке оценивалась примерно в 80%.

• Продолжительность проекта: приблизительно 3 дня.

• Надежность: процент успешности данных за период мониторинга составил приблизительно 99,5%.

4.2 Мониторинг окружающей среды: долгосрочная стабильная работа в отдаленных районах

• Задача: Департаменту охраны окружающей среды необходимо было развернуть 100 станций мониторинга качества воздуха в горной местности на расстоянии 5–15 километров друг от друга, большинство из которых находились в районах без электроснабжения.

• Решение: маломощный модуль большой дальности LoRa1262 компании NiceRF в сочетании с солнечной энергосистемой.

• Выбор технологии:

• Модуль: LoRa1262 (чувствительность приема -148 дБм, ток в спящем режиме 1,9 мкА)

• Топология сети: звездообразная сеть с 1 центральным шлюзом + 100 узлами мониторинга.

• Решение по электропитанию: солнечная панель мощностью 10 Вт + литиевая батарея емкостью 12 Ач.

• Результаты внедрения:

• Дальность передачи: Самый дальний узел находился на расстоянии 15 километров от шлюза, качество сигнала было хорошим.

• Срок службы батареи: возможность непрерывной работы более 7 дней в дождливую погоду.

• Надежность данных: показатель успешности предоставления данных в этой среде развертывания статистически составил около 99,8%, что соответствует нормативным требованиям отдела охраны окружающей среды.

4.3 Промышленная автоматизация: стабильная связь в сложных электромагнитных условиях

• Задача: на сталелитейном заводе требовалось внедрить беспроводной мониторинг 200 единиц оборудования на площадке, где имелись сильные источники помех, такие как двигатели и преобразователи частоты.

• Решение: Гибридная технология модуляции DSSS + FSK от NiceRF в сочетании с высокомощными модулями серии SV650.

• Ключевые моменты дизайна:

• Возможность защиты от помех: технология расширенного спектра DSSS распространяет сигнал на более широкую полосу частот, эффективно противодействуя как узкополосным, так и широкополосным помехам.

• Высокая выходная мощность: выходная мощность 500 мВт обеспечивает проникновение сигнала в сложных условиях.

• Механизм LBT: функция «Прослушай, прежде чем говорить» позволяет избежать конфликтов каналов и повышает показатели успешности коммуникации.

• Результаты внедрения (пример данных, только для справки):

• Зона покрытия: охватывается примерно 3 км².

• Надежность связи: вероятность успеха около 98% в ситуациях помех; типичная задержка <100 мс.

• Производительность в реальном времени: Фактическая производительность зависит от условий на месте и должна быть проверена путем полевых испытаний.

4.4 Сеть LoRaWAN: комплексное решение для упрощенной разработки

Ниже приведены примеры данных из внутренней среды валидации решения. Конкретные результаты должны быть основаны на полевых испытаниях проекта.

• Задача: Традиционная архитектура сети LoRaWAN сложна и включает четыре части: узлы, шлюзы, сетевой сервер и сервер приложений, что приводит к высоким затратам на разработку и обслуживание.

• Solution: NiceRF introduced an all-in-one LoRaWAN gateway server that integrates the gateway, network server, and application server into a single Raspberry Pi.

Figure 5: System architecture diagram of the NiceRF all-in-one LoRaWAN gateway server, showing the complete data flow from the node to the user application.

• Solution Advantages:

• Simplified Architecture: Consolidates the complex back-end server system into a single hardware entity.

• Unified Development Environment: All programs run in the Raspberry Pi’s Linux environment, communicating via local Sockets.

• Accelerated Prototyping: Developers only need to focus on the end nodes and application data processing, as protocol layer transactions are handled automatically.

• Data Flow:

• Uplink Data Transmission:

1. The node sends data to the gateway program.

2. The gateway program collects and encapsulates the data.

3. The gateway program sends the data to the server program via a Socket.

4. The server program receives the data, decrypts it after successful verification.

5. The server program outputs the decrypted data to the serial port for user access.

• Downlink Data Transmission:

1. The server program receives data from the serial port input.

2. The server program encrypts and verifies the data from the serial port.

3. The server program sends the encrypted data to the gateway program via a Socket.

4. The gateway program sends the encrypted data down to the node.

5. The node receives and processes the data.

• Implementation Results:

• Development Cycle: Setting up a complete LoRaWAN network from scratch takes only 1 day.

• Cost Savings: Saves server and cloud platform fees compared to traditional solutions.

• Flexibility: Supports local deployment, keeping data within the factory premises to meet security requirements.

5. Long-Range Capability of LoRaWAN Networks

5.1 Factors Affecting LoRaWAN Transmission Distance

As a Low-Power Wide-Area Network (LPWAN) protocol designed specifically for long-range communication, LoRaWAN’s transmission distance is affected by multiple factors:

5.2 Typical Transmission Distances in Different Scenarios

• Open/Suburban/Unobstructed Environments:

• Standard: 5 km - 15 km

• High Power or High Altitude: 20 km+

• Urban/Building/Semi-Obstructed Environments:

• 1 km - 5 km (depends on deployment and antenna height)

• Underground/Mine/Tunnel/Weak Signal Environments:

• Requires relays or dedicated gateway solutions, typically achieving 500m - 2 km

5.3 NiceRF’s Comprehensive LoRaWAN Long-Range Solution

• Solution Components:

• Gateway: LoRaWAN1302 Gateway or All-in-One Gateway Server

• Node Modules: LoRa1121 / LoRa6500Pro / LoRa1262 series

• Antenna: High-gain outdoor antenna

• Deployment: Outdoor wall-mount or high-point deployment

• Coverage Capability:

• Urban Environment: Around 3-5 km

• Suburban Environment: 8-15 km

• Open Environment: 15-20 km+

6. Comparison of Global Wireless Technologies: NiceRF’s Solution Points and Comparative Examples

6.1 Technology Comprehensiveness Comparison

6.2 Long-Range Performance Comparison

Taking LoRa technology as an example, here is a comparison of long-range performance between NiceRF and competitors:

6.3 Comprehensive Service Capability Comparison

7. Core Competitiveness: Making Customers Think of NiceRF for Wireless Needs

7.1 Technical Depth: 14 Years of Focus on Wireless Communication

• Full-Stack Mastery: From RF circuit design, antenna matching, and protocol stack development to system integration, NiceRF possesses a complete technology chain.

• Continuous Innovation: Continuously invests in R&D to drive product iteration.

• Patent Accumulation: Has obtained dozens of patents related to wireless communication, covering core areas such as PA/LNA design, modulation technology, and networking protocols.

7.2 Product Breadth: Covering Multiple Mainstream Wireless Technologies

• LoRa Series: From the low-power LoRa-CC68 to the high-power LoRa6500Pro, meeting different power requirements.

• FSK/GFSK Series: SV series, RF series, suitable for high-speed data transmission scenarios.

• DSSS Series: RF3060, RF3120 series, with good anti-interference characteristics, helping to improve reliability in complex environments.

• UWB Series: UWB3000 series, combining high-precision positioning with long-range communication.

• Audio Series: SA618F30 and other full-duplex audio modules to meet voice communication needs.

• LoRaWAN Series: Gateways, nodes, all-in-one servers, supporting combined applications of LoRaWAN-related components.

7.3 Service Depth: More Than a Module Supplier, a Technology Partner

• ODM/OEM Customization: Customizes frequency bands, power, interfaces, and appearance according to customer needs.

• Antenna Design Services: Supports the entire antenna solution process from simulation design to sample testing.

• Certification Acceleration: Helps customers quickly pass global certifications such as FCC, CE, IC, and SRRC.

• Technical Training: Provides wireless communication technology training to help customers get up to speed quickly.

• Supply Chain Support: Owns its factory, ensuring controllable lead times and long-term stable supply guarantees.

7.4 Brand Value

• Industry Reputation: Has served over a thousand customers, with products used in more than 100 countries and regions worldwide.

• Technical Recognition: Has won multiple industry technology innovation awards and is recognized as a National High-Tech Enterprise.

• Ecosystem Building: Cooperates with or adapts to the ecosystems of international chip manufacturers such as Semtech, Nordic, TI, and Renesas.

• Brand Promotion: Continuously enhances brand influence through industry exhibitions like the China Hi-Tech Fair and the Guangzhou International Fire Safety Exhibition.

• Brand Vision: Strives to become a trusted wireless communication technology partner for engineers and enterprises.

8. Conclusion

In the era of the Internet of Everything, the transmission distance of wireless communication directly determines the coverage, deployment cost, and user experience of IoT applications. With 14 years of technological accumulation, NiceRF has built a diverse wireless technology system ranging from LoRa, FSK/GFSK, and DSSS to UWB and full-duplex audio. Through deep integration of PA/LNA, it continuously optimizes the link budget and coverage performance of various technologies.

NiceRF’s core competitiveness lies not in any single technology, but in its mastery of the full technology stack, coverage of the full power spectrum, and comprehensive services. Whether it’s a smart agriculture application requiring 5W high power, an environmental monitoring network needing ultra-high sensitivity, or an industrial automation scenario demanding anti-interference capabilities, NiceRF can provide solution options that fit the scene.

От беспроводных систем орошения в интеллектуальном сельском хозяйстве до долговременной стабильной работы в системах мониторинга окружающей среды, от помехоустойчивой связи в промышленной автоматизации до упрощенного развертывания сетей LoRaWAN — технология передачи данных на большие расстояния от NiceRF успешно внедрена в различных отраслях. В будущем NiceRF продолжит придерживаться философии «Целостность как основа, инновации для будущего!», чтобы обеспечить более дальние и стабильные беспроводные соединения, стремясь стать одним из предпочтительных вариантов для клиентов в области беспроводной связи на большие расстояния.

Ссылки

NiceRF Wireless Technology Co., Ltd. (2023). Интеллектуальная система управления беспроводным оросительным хозяйством. https://www.nicerf.cn/scheme/show/id/41 NiceRF Wireless Technology Co., Ltd. (2020). Сервер шлюза LoRaWAN. https://www.nicerf.cn/scheme/show/id/17 Официальный сайт NiceRF Wireless Technology Co., Ltd. https://www.nicerf.com NiceRF Wireless Technology Co., Ltd. (2025). Каталог продукции — 22.08.2025 — Последнее издание. NiceRF.

Приложение: Полный список продуктов NiceRF дальнего радиуса действия

A. Продукты дальнего радиуса действия серии LoRa

B. Продукты дальнего действия серии FSK/GFSK

C. Продукты дальнего действия серии DSSS

D. Продукты дальнего действия серии UWB

E. Серия аудиосвязи на большие расстояния

Связаться с нами

NiceRF Wireless Technology Co., Ltd. (NiceRF)

Адрес: 309-315, 3-й этаж, здание A, бизнес-центр Hongdu, блок 43, район Баоань, Шэньчжэнь, Китай

Телефон: +86-755-23080616

Электронная почта: sales@nicerf.com

Сайт: www.nicerf.com

https://g-nicerf.aliexpress.com/store/1100790575

Основное внимание уделяется беспроводной связи, постоянному улучшению покрытия и качества соединения.