Blog circa La tecnologia a 900 MHz migliora la comunicazione wireless non in linea di vista

Nell’era dell’informazione, le tecnologie di comunicazione wireless fungono da autostrade vitali che collegano aree urbane e rurali, fabbriche e fattorie, persino miniere sotterranee con centri di controllo di superficie. Tuttavia, non tutti i percorsi sono lisci e ampi, né tutti gli scenari offrono condizioni di visibilità ideali. Foreste fitte, edifici imponenti e terreni accidentati possono diventare ostacoli alla propagazione del segnale wireless, ostacolando il libero flusso di informazioni.

Di fronte a queste sfide, le tradizionali tecnologie WiFi a 2,4 GHz e 5,8 GHz si rivelano spesso inadeguate, soffrendo di una grave attenuazione del segnale e di connessioni instabili. Qui, la tecnologia wireless a 900 MHz emerge come un agile "ninja", sfruttando le sue proprietà fisiche uniche per penetrare silenziosamente gli ostacoli e stabilire connessioni wireless stabili. Con la sua frequenza più bassa e la lunghezza d'onda più lunga, aggira le barriere e supera l'attenuazione, fornendo un solido supporto per la comunicazione non in linea di vista (NLOS).

La banda 900 MHz, in particolare la gamma di frequenza da 902 MHz a 928 MHz, appartiene alla banda ISM (industriale, scientifica e medica). Si tratta di una gamma di frequenze aperta e senza licenza che consente ai dispositivi di comunicazione fissi o mobili di funzionare liberamente. Rispetto alle familiari bande WiFi da 2,4 GHz (2400 MHz-2483,5 MHz) e 5,8 GHz (5150 MHz-5850 MHz), 900 MHz funziona a una frequenza inferiore con lunghezze d'onda più lunghe, garantendo vantaggi unici che eccellono in applicazioni specifiche.

Le caratteristiche della propagazione delle onde radio sono intrinsecamente legate alla frequenza, con una relazione inversa tra frequenza e lunghezza d'onda: lunghezza d'onda = velocità della luce/frequenza. Ciò significa che le frequenze più basse corrispondono a lunghezze d’onda più lunghe, mentre le frequenze più alte producono lunghezze d’onda più corte.

Frequenza:Si riferisce al numero di oscillazioni al secondo di un'onda radio, misurata in Hertz (Hz). Frequenze più elevate possono trasportare più informazioni, consentendo teoricamente velocità di trasferimento dati più elevate.

Lunghezza d'onda:La distanza percorsa da un'onda radio durante un ciclo di oscillazione, misurata in metri (m). Lunghezze d'onda maggiori forniscono maggiori capacità di diffrazione e penetrazione.

La frequenza di 900 MHz è significativamente inferiore a 2,4 GHz e 5,8 GHz, risultando in lunghezze d'onda più lunghe che conferiscono alle onde radio da 900 MHz capacità di diffrazione e penetrazione superiori per superare gli ostacoli e ottenere la comunicazione NLOS.

Le onde radio si propagano principalmente attraverso tre metodi: trasmissione diretta, riflessione e diffrazione.

• Trasmissione diretta:Propagazione in linea retta che richiede percorsi senza ostacoli tra trasmettitore e ricevitore.
• Riflessione:Il cambio di direzione del segnale quando si incontrano ostacoli, simile alla riflessione della luce, che può aiutare a aggirare alcune barriere ma causa l'attenuazione del segnale.
• Diffrazione:La capacità di "piegarsi" attorno agli ostacoli, con prestazioni direttamente correlate alla lunghezza d'onda: lunghezze d'onda più lunghe si diffrangono meglio.

La forte diffrazione delle onde radio a 900 MHz consente loro di aggirare gli ostacoli anziché essere bloccate o assorbite. Come le onde dell'acqua, dove le onde lunghe aggirano facilmente le rocce sottomarine mentre le onde corte vengono bloccate, i segnali a 900 MHz possono "piegarsi" attorno ad alberi ed edifici per la comunicazione NLOS.

Inoltre, le frequenze più basse subiscono un minore assorbimento di energia. I segnali ad alta frequenza vengono assorbiti più facilmente dal fogliame e dai muri, subendo una maggiore perdita di energia e una penetrazione più debole. I segnali da 900 MHz mantengono una migliore penetrazione, rendendoli ideali per scenari senza perfetta linea visiva:

• Foreste fitte:Laddove il fogliame assorbe e disperde segnali ad alta frequenza, la penetrazione di 900 MHz consente comunicazioni a lungo raggio.
• Ambienti urbani:Laddove pareti e strutture metalliche bloccano i segnali ad alta frequenza, la diffrazione di 900 MHz fornisce una copertura più ampia.
• Terreno accidentato:Laddove colline e valli ostacolano i segnali, la diffrazione di 900 MHz consente la comunicazione a lunga distanza.

La natura aperta della banda ISM facilita le applicazioni wireless a 900 MHz eliminando complessi processi di licenza e riducendo i costi di implementazione. Tuttavia, questa apertura presenta sfide:

• Interferenza:Più dispositivi che operano in questa banda, dai radiocomandi alle apparecchiature industriali, possono causare interferenze reciproche.
• Limitazioni normative:Le normative regionali sulla potenza erogata e sull'utilizzo dei canali possono influire sulle prestazioni e sulla copertura.

Sebbene non sia comune nelle reti WiFi pubbliche (in genere non troverai router o schede di rete da 900 MHz), questa tecnologia brilla nelle applicazioni di bridging wireless punto-punto o punto-multipunto, utilizzando la tecnologia wireless per connettere più reti. Il bridging a 900 MHz eccelle in:

In vaste aree rurali con terreni complessi, le reti cablate tradizionali si rivelano costose mentre le reti wireless devono affrontare limitazioni di copertura. Il bridge a 900 MHz supera le barriere geografiche per collegare le isole dell’informazione, promuovendo lo sviluppo rurale.

Nelle fabbriche e nei magazzini in cui le apparecchiature richiedono una comunicazione wireless in mezzo a ostruzioni metalliche, la banda a 900 MHz fornisce connessioni stabili per sensori, controller e robot che il WiFi tradizionale non è in grado di fornire in modo affidabile.

Per il monitoraggio remoto in fattorie, cantieri o miniere dove i sistemi cablati non sono pratici, i ponti da 900 MHz trasmettono video di sorveglianza attraverso ostacoli ai centri di controllo.

Pur offrendo eccezionali capacità NLOS, il bridging a 900 MHz presenta vincoli che richiedono un'attenta valutazione per applicazioni specifiche.

• Funzionalità NLOS:Stabilisce connessioni senza linea visiva diretta.
• Ampia copertura:Una minore attenuazione del segnale consente una copertura più ampia rispetto alle frequenze più alte.
• Forte resistenza alle interferenze:Funziona bene in ambienti industriali elettricamente rumorosi.

• Larghezza di banda inferiore:Rispetto al WiFi da 2,4 GHz/5,8 GHz, 900 MHz offre velocità dati limitate (ad esempio, 150 Mbps) insufficienti per video HD o trasferimenti di file di grandi dimensioni.
• Selezione limitata del dispositivo:Un minor numero di prodotti disponibili aumenta la complessità della distribuzione.
• Potenziale interferenza:Altri dispositivi ISM come i microfoni wireless potrebbero causare interruzioni.
• Vincoli normativi:I limiti regionali di potenza di trasmissione influiscono sulle prestazioni.

Nonostante operi a frequenze diverse, la tecnologia wireless a 900 MHz condivide i principi fondamentali con il WiFi, impiegando tecniche di modulazione simili come CCK (Complementary Code Keying) e OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing).

Il processo di conversione dei segnali digitali in analogici (modulazione) e viceversa (demodulazione) utilizzando tecniche come ASK, FSK e PSK.

Utilizza sequenze di codici complementari per la rappresentazione dei dati, offrendo forte resistenza al rumore ed efficienza spettrale.

Divide i dati su più sottoportanti ortogonali, migliorando la velocità dei dati e la resistenza al multipath fading.

I sistemi a 900 MHz penetrano nel fogliame per collegare le telecamere di sorveglianza nelle grandi aziende agricole.

I ponti mantengono connessioni affidabili tra acciaio e cemento per il monitoraggio dei progressi in tempo reale.

Collega le operazioni sotterranee con il controllo della superficie attraverso rocce e terreno per voce, dati e video.

Collega i veicoli con l'infrastruttura stradale attraverso gli ostacoli urbani per la gestione del traffico.

Con l’espansione dell’IoT, le funzionalità NLOS di 900 MHz diventeranno sempre più preziose per la connessione di sensori in agricoltura, apparecchiature industriali e infrastrutture di città intelligenti.

• Agricoltura di precisione attraverso il monitoraggio del suolo e del clima
• Diagnostica remota di apparecchiature industriali
• Gestione delle infrastrutture della città intelligente

• Superare le limitazioni della larghezza di banda per applicazioni ad alto volume di dati
• Espansione della disponibilità dei dispositivi per ridurre i costi
• Miglioramento delle tecniche di mitigazione delle interferenze

Gli sviluppi futuri potrebbero includere:

• Velocità dati più elevate tramite MIMO-OFDM
• Consumo energetico inferiore per le reti di sensori
• Resistenza alle interferenze avanzata
• Gestione della rete più intelligente

Con alcuni sistemi a 900 MHz fuori produzione, le alternative includono:

Offre una larghezza di banda maggiore ma una penetrazione più debole, adatta ad ambienti meno ostruiti.

Utilizzo di più antenne per migliorare la velocità e la copertura dei dati.

• Bande sub-GHz per applicazioni a lungo raggio e a bassa potenza
• LoRaWAN per la connettività IoT
• NB-IoT per esigenze di larghezza di banda ridotta

Scegli in base a:

• Requisiti di copertura
• Esigenze di velocità dati
• Vincoli di potere
• Considerazioni sul bilancio

La tecnologia wireless a 900 MHz occupa una posizione unica nel bridging wireless con le sue eccezionali capacità NLOS. Nonostante le limitazioni, i progressi tecnologici in corso amplieranno le sue applicazioni IoT. Per connessioni wireless affidabili in ambienti complessi, la frequenza a 900 MHz rimane un'opzione interessante.

Quando si selezionano le soluzioni, valutare attentamente la copertura, la velocità dei dati, il consumo energetico e i fattori di costo per garantire prestazioni e affidabilità ottimali. Con i sistemi a 900 MHz fuori produzione, alternative come il bridging a 2,4 GHz/5,8 GHz, le tecnologie Sub-GHz, LoRaWAN o NB-IoT possono soddisfare diverse esigenze applicative.

In definitiva, la scelta della giusta soluzione wireless richiede una conoscenza approfondita dei punti di forza e di debolezza di ciascuna tecnologia, valutati rispetto a specifici requisiti operativi. Solo attraverso una valutazione così completa è possibile costruire reti wireless stabili ed economicamente vantaggiose per supportare le diverse esigenze del settore.