标签: 射频信号

Sub-GHz，即工作频段低于1GHz的无线通信技术，常见频段有315MHz、433MHz、868MHz与915MHz等。其可借助无线电波在自由空间传播的特性，把数据调制到射频载波上进行传输，达成物联网设备间的无线通信，是物联网设备实现高效、稳定、无缝交互的“通信基石”。 典型射频信号（无线电波）收发电路简示 在工业自动化、智慧城市、智慧农业与智能家居等物联网领域中，LoRa、Wi-SUN、Z-Wave、Sigfox等工业级通信协议大多运行在Sub-GHz频段。而正是通过Sub-GHz射频技术，传感器、物联网设备、控制中心与云端之间的数据信息才得以无缝互联，实现远程操控与智能化管理。 Sub-GHz 射频技术，如何构筑高效的物联网络 Sub-GHz与工作在2.4GHz频段的Wi-Fi、蓝牙等无线通信技术相比，可实现更低的运行功耗、更远的传输距离、更多的设备接入节点和更为稳定的通信质量，尤其适合应用在低数据速率、通信频次低且依靠电池供电的物联网设备之中。 运行功耗方面 ，由于Sub-GHz频段下的通信频率相对较低，因此在相同通信距离下，低速传输时所需功率更小，可实现更低的运行功耗，这意味着使用Sub-GHz射频技术进行组网通信的物联网设备能极大地延长电池的使用寿命。以智能门锁为例，如若使用2.4GHz频段等高功耗的通信技术，通常数月内就得更换电池，而采用 Sub-GHz 射频技术的智能门锁，可维持一年甚至更长时间都无需更换电池，极大地提高了用户的体验感。 传输距离方面 ，由于Sub-GHz频段下的通信频率相对较低，而无线电波的传播特性是频率越低，波长越长，越容易穿过墙壁、植被等障碍物，因此其信号传播距离更远。此外，Sub-GHz射频技术还可通过中继器进行多跳通信，进一步延长通信距离，在传统信号难以覆盖的区域也可进行无缝通信，轻松实现室内数百米、室外数公里的通信范围。 设备节点方面 ，由于Sub-GHz频段下的通信频率相对较低，通信覆盖范围较大，故其凭借更广的覆盖范围可容纳大量的网络节点。同时，如 LoRa、Wi-SUN等工作在Sub-GHz频段下的通信协议支持星型、网状等多种网络拓扑结构，能够实现设备之间的多跳通信，支持海量低功耗、低速率的设备以自组织、自愈合的方式组成大规模的网络。 通信质量方面 ，由于Sub-GHz频段下的通信频率相对较低，现有应用较少，可以窄频带模式运行，且还可配置跳频技术，极大地增强了信号的抗干扰能力。同时，与常用的 2.4GHz 频段相比，Sub-GHz 频段的使用相对不那么拥挤，该频段的 ISM 频段大多用于低占空比链路，设备部署密度较低，信号之间相互干扰的概率较低，从而为通信提供了更纯净的环境，保障了通信质量。 值得一提的是，在组网成本方面 ，由于Sub-GHz射频技术相对成熟，因此其研发和生产成本也相对较低。同时，在众多物联网的组网场景之中，使用Sub-GHz射频技术可无需依赖通信基站等基础设施，还可减少对中继器的使用数量，从而降低了整体的物联网系统通信组网成本 。 Sub-GHz射频技术，精准赋能LPWAN 由于Sub-GHz射频技术具备使用功耗低、传输距离远、通信质量稳定、使用成本较低与能够支持大量设备节点等诸多组网优势，故其已成为物联网领域中构建LPWAN的主流选择（LPWAN 是一种使用低比特率进行长距离通讯的低功耗广域无线网络，可实现大规模物联网设备间的高效连接与数据传输）。 例如，RFM300就是一款高性能的Sub-GHz无线收发模块，工作在433MHz、868MHz与915MHz等多个ISM频段中，采用先进数模混合设计，基于自主创新开发平台，支持FSK、GFSK与OOK等多种调制技术，可灵活适应不同的应用场景和通信协议，并实现超远距离的通信和超广阔的信号覆盖范围。 RFM300典型应用电路简示图 RFM 300 产品特性 ： 最大链路预算达140dB 接收电流低至7mA 输出功率：RFM300H型号为+20 dBm，RFM300型号为+13 dBm 可编程比特率：FSK模式下最高300 kbps，OOK模式下最高40 kbps 高灵敏度：最低可达-120dBm 支持FSK（频移键控）、GFSK（高斯频移键控）及OOK（开关键控）调制方式 表贴封装（SMD），尺寸16x16x1.8mm RFM 300 应用场景 ： 抄表系统 无线数据采集 汽车安防系统 家庭自动化及安防系统 展望未来，随着物联网应用场景的不断拓展和深化，Sub-GHz 射频产品的市场需求必将持续增长，Sub-GHz射频技术亦将在更多领域发挥重要作用，为我们的生活带来更加便捷、智能和绿色的体验。

方案介绍 GNSS是当前最常用、覆盖最广泛、效率最高的定位导航技术，几乎各个领域都依赖它。然而，在室内或地下，GNSS信号通常非常弱甚至不可用。德思特采用时间服务器与GNSS模拟器相结合，提供了一种基于区域的室内定位方案。这个方案能够实时传输与特定区域对应的虚拟GNSS信号，而接收终端则无需额外的配置或软件，即可实现定位，并且能够平滑切换到真实的GNSS信号。 关键词：GNSS定位、室内定位、GNSS模拟器、中继器 方案背景 GNSS（全球导航卫星系统）定位是一种基于卫星信号的定位技术，通过接收来自全球卫星定位系统（如GPS、GLONASS、Galileo、BeiDou等）的信号来确定接收设备的准确位置、速度和时间信息，几乎在各行各业都会有所应用。 然而GNSS（全球导航卫星系统）室内定位在许多情况下存在挑战，一方面室内环境中的信号衰减通常比室外环境更加严重，导致信号强度减弱，另一方面建筑物的墙壁、天花板和物体会阻挡和反射GNSS信号，导致多路径效应，使得接收到的信号不稳定，因此会导致室内GNSS定位不准确甚至无法定位。 目前为了在室内获得更好的定位，已经出现了多种解决方案，包括使用Wi-Fi、蓝牙、UWB（超宽带）、红外线和其他传感器技术来增强或替代GNSS，但是此类方案大多数依赖专用、额外的设备或修改来实现这一目标，且几乎无法实现平滑的切换到外部的GNSS信号定位。 目前也有利用GNSS天线加中继放大器的方案来进行GNSS信号扩展的，但是此类方案会使得任何接收到重复信号的GNSS接收器都会认为它位于室外天线的位置，而不是实际的室内位置；并且此类方式直连放大器可能会导致对室外GNSS信号的干扰。 方案构成 使用时间服务器与GNSS模拟器实现基于区域的室内定位方案克服了这些问题，室外天线安装在天空视野清晰的任何地方，天线不是直接连接到传统中继器系统中的放大器和天线系统，而是连接到数据收集和同步单元，收集实时天空信号的信息并产生准确的10 MHz和1 PPS信号；GNSS模拟器可以使用这些信号来重新创建实时天空信号，但生成的位置可以编程模拟为世界上任何地方（包括进入室内区域的位置），而不是生成与室外天线位置相对应的信号。 整体架构可以划分为： #01 时间与数据采集部分 采用德思特时间服务器实时接收实时天空的详细信息以准确地重新生成GNSS信号。 ● 支持所有GNSS星座与波形 ● 多星座多频率模拟 ● 支持高达1000个卫星通道模拟 ● 超高的精度、分辨率、动态性能 ● 模拟迭代率可达1000 Hz ● 丰富的外部端口，支持各类同步 ● 灵活的软件平台和API #02 时间同步 ● 时间同步：NMEA，这种类型的同步精度优于50 ns ● 时钟同步：10 MHz + 1 PPS #03 射频信号产生 GNSS模拟器可以实现多星多频的同步模拟，可以为室内用户提供BEIDOU，GNSS，GLONASS，GELLILEO信号支持 ● 支持所有GNSS星座与波形 ● 多星座多频率模拟 ● 支持高达1000个卫星通道模拟 ● 超高的精度、分辨率、动态性能 ● 模拟迭代率可达1000 Hz ● 丰富的外部端口，支持各类同步 ● 灵活的软件平台和API 方案优势与特点 ● 时间同步精度小于50 s，可以实现室内外GNSS无缝切换 ● 室内外均提供连续一致的GNSS定位导航，无需额外设备或软件 ● 生成位置可以自定义，而不绑定室外天线位置 ● 定位在已知区域，范围相对传统中继更聚焦，从而缩短关键响应时间提高安全性 ● 范围与规模可扩展：时间服务器+GNSS模拟器均是COTS产品，通过后期扩展时间服务器与GNSS模拟器数量即可快速扩展区域，无需额外调整 ● 允许建立远程监控与预警系统 方案套装

    正是由于芯片、材料和工艺技术带来的示波器带宽和采样率的快速提升，使得宽带实时示波器开始在射频信号的测试中发挥关键的作用。后续我们将介绍一些用实时示波器做简单射频、雷达脉冲、调频信号、调制器时延、宽带信号解调等的一些典型应用。   射频信号时频域综合分析       实时示波器性能的提升使得其带宽可以直接覆盖到射频、微波甚至毫米波的频段，因此可以直接捕获信号载波的时域波形并进行分析。从中可以清晰看到信号的脉冲包络以及脉冲包络内部的载波信号的时域波形，这使得时域参数的测试更加简洁和直观。由于不需要对信号下变频后再进行采样，测试系统也更加简单，同时避免了由于下变频器性能不理想带来的额外信号失真。       更进一步地，还可以借助于示波器的时间门功能对一段射频信号的某个区域放大显示或者做FFT变换等。下图是在一段射频脉冲里分别选择了两个不同位置的时间窗口，并分别做FFT变换的结果，从中可以清晰看出不同时间窗范围内信号频谱的变化情况。  

本文作者：陈德恒  一博科技高速先生团队成员   在上一篇文章：金贵的时钟，我在官方微信（ 微信号：看得懂的高速设计 ）提了一个问题：还有一种比时钟更加金贵的信号，您知道是什么吗？   结果我收到了来自12位网友的14份答案， 金贵的时钟（1114） 用户名 答案 小黑 呵呵，应该是高速信号 唐政 今天滴答案，射频：） 阳光 脉冲信号 Rubin 低摆幅差分信号? 沈沈沈蛇蛇 射频信号 summer 答案，数据信号 ALEN、 我猜是反馈信号咯 cclong 射频信号 STEVEN 射频信号 阿尔法狼 是射频信号，频谱能量更集中 浩子 射频信号 南昌米粉-萝卜妈 射频信号呀 网友的回答很踊跃，并且大部分人回答对了！就是射频信号！ 让我们先来看一下时钟，数据，射频三种信号在时域上的表现：     这个时间轴拉的比较长，数据信号完全被掩盖了。   现在我们切换到频域：     同样是1GHz的速率，数据信号的频谱较为分散的分布在三倍带宽内，程丘陵状减小；时钟信号分布在少数的倍频上，而射频信号完全分布在1GHz附近。   上图是当射频信号的发射功率在0dBm时的频谱，GHz以上的数字信号电压幅值通常在1V以内，而实际上我们的射频信号的动态范围较宽，TX的发射功率可能达到20dBm甚至更大。   当发射功率为20dBm时：     天哪，如果说时钟信号是海啸的话，射频信号简直就是黑洞引发的潮汐啊！   而射频信号的RX端接收的信号强度可能小于-50dBm，于是就有了下张图：     各位看官，本人绝对有给Vrf加激励，只是-50dBm是真的看不到了啊！   最后，大家知道，通常EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容）分为EMI（Electromagnetic Interference电磁干扰）和EMS（Electro Magnetic Susceptibility电磁敏感度）。较大的TX信号引起的电磁干扰以及较小的RX信号带来的高电磁敏感度，也难怪对射频信号要重点保护了。     “看得懂的高速设计”是一个自媒体品牌，由一博科技出品。我们用最浅显易懂的方式讲述高速设计的理论与案例。有问题，请微信与我交流，或回复本文。 微信公众号：一博_看得懂的高速设计

本文作者：陈德恒  一博科技高速先生团队成员   在上一篇文章：金贵的时钟，我在官方微信（ 微信号：看得懂的高速设计 ）提了一个问题：还有一种比时钟更加金贵的信号，您知道是什么吗？ 结果我收到了来自12位网友的14份答案， 金贵的时钟（1114） 用户名 答案 小黑 呵呵，应该是高速信号 唐政 今天滴答案，射频：） 阳光 脉冲信号 Rubin 低摆幅差分信号? 沈沈沈蛇蛇 射频信号 summer 答案，数据信号 ALEN、 我猜是反馈信号咯 cclong 射频信号 STEVEN 射频信号 阿尔法狼 是射频信号，频谱能量更集中 浩子 射频信号 南昌米粉-萝卜妈 射频信号呀 网友的回答很踊跃，并且大部分人回答对了！就是射频信号！ 让我们先来看一下时钟，数据，射频三种信号在时域上的表现：     这个时间轴拉的比较长，数据信号完全被掩盖了。   现在我们切换到频域：     同样是1GHz的速率，数据信号的频谱较为分散的分布在三倍带宽内，程丘陵状减小；时钟信号分布在少数的倍频上，而射频信号完全分布在1GHz附近。   上图是当射频信号的发射功率在0dBm时的频谱，GHz以上的数字信号电压幅值通常在1V以内，而实际上我们的射频信号的动态范围较宽，TX的发射功率可能达到20dBm甚至更大。   当发射功率为20dBm时：     天哪，如果说时钟信号是海啸的话，射频信号简直就是黑洞引发的潮汐啊！   而射频信号的RX端接收的信号强度可能小于-50dBm，于是就有了下张图：     各位看官，本人绝对有给Vrf加激励，只是-50dBm是真的看不到了啊！   最后，大家知道，通常EMC（Electro Magnetic Compatibility，电磁兼容）分为EMI（Electromagnetic Interference电磁干扰）和EMS（Electro Magnetic Susceptibility电磁敏感度）。较大的TX信号引起的电磁干扰以及较小的RX信号带来的高电磁敏感度，也难怪对射频信号要重点保护了。     “看得懂的高速设计”是一个自媒体品牌，由一博科技出品。我们用最浅显易懂的方式讲述高速设计的理论与案例。有问题，请微信与我交流，或回复本文。 微信公众号：一博_看得懂的高速设计