为物联网而生的Sub 1GHz无线技术解读

2014-06-18 09:32:25来源: 互联网

  物联网(IoT)的范畴极广,而物联网的运作需要有线、无线通讯为支撑,以家庭而言,需要Wi-Fi、Bluetooth、Z-Wave等无线通讯支撑,或G.hn、HomePNA等有线通讯支撑。

  IoT的物物相连情境中,各种物品都会具备连网功能。

  产业方面多使用ZigBee无线通讯,但ZigBee的每个节点(node)通讯距离一般约在数十公尺,最多至100公尺、300公尺,无法到达一公里以上的通讯距离。

  如果要达一公里以上的传递,可以用增设节点的方式来达成,传递过程中的数个节点,只负责将数据再转传,自身不需要感测、产生数据,但此作法的缺点是必须佈建、维护更多的节点,即便没有故障失效,日久也必须去更换电池(除非该节点有在地能源采集能力,但目前的能源采集多在于延长电池使用时间,而非全然替代电池)。

  如果数据传递的路径是经过河流、高山、峭壁等,则难以佈建,也难以换替电池,如此替代的长距离通讯方案可能为现有手机所用的2G、3G通讯,但采行这类的通讯涉及两点,一是产业应用的自建自用,也必须徵求频谱授权,有些国家需要付费,另一是直接与电信业者(如中华电信、台湾大哥大)合作,使用其基地台传递,然也必须付费给电信业者。

  或者,也可以采行Wi-Fi,但Wi-Fi的频段高(2.4GHz),要长距离传输必须增强发送功率,且产业应用不需要Wi-Fi动辄Mbps以上的传输率,只需要kbps等级即可。

  可远传的Sub 1GHz无线通讯

  因此,业界开始发展低于1GHz频段以下的无线通讯,如315MHz、433MHz、868MHz、915MHz等,泛称为Sub 1GHz,其中868MHz、915MHz与ZigBee相同频段,但315MHz、433MHz则为更低频,其他也包含300MHz、387MHz、470MHz、779MHz等,不同国家有不同的规划配置。

  低频的好处是相同发送功率下可获得较远的传送距离,若使用315MHz,与Wi-Fi的2.4GHz相比差距约8倍,Wi-Fi若能达100公尺,315MHz则可达800公尺(覆盖面积更差距64倍),再加上Sub 1GHz不需要高传输率,不需要16QAM、64QAM等复杂调变,采行简单调变(如ASK、FSK等)的结果是传输距离更远,可达数公里。

  因此有愈来愈多晶片业者投入Sub 1GHz的发展,如TI、STMicro、Infineon等,以满足产业需要的长距离、低数据传输率需求。

  Sub 1GHz虽有好处,但缺点是各国尚未统一可用频段,如日本可用310MHz,大陆可用470MHz等,因此晶片业者在设计晶片时,尽可能让单一晶片可支援多种频段,若无法用单一晶片支援所有频段,也可能用一颗支援多个低频段(偏300、400MHz),另一颗支援多个高频段(偏800、900MHz)。此外发送功率也必须合乎各地规范,如欧洲ETSI、美国FCC等认证。

  IEEE 802.11ah标准制订中

  也因为Sub 1GHz尚未全然标准化,因此IEEE也开始研拟、制订其标准,此即为IEEE 802.11ah,若无其他延宕,预计在2016年3月完成制订。目前参与此标准订立的相关业者机构有Motorola Mobility(尚待确认仍属Google或已属Lenovo)、NEC、CSR、ETRI、Intel等,另也包含Broadcom、Huawei、Qualcomm、Marvell、Samsung

  虽然仍在研拟,但已可从草拟版略知若干技术细节,例如通道频宽可为1、2、4、8、16MHz,需要高传输率可采8、16MHz,需要低传输率可采1、2MHz,明显与今日主流Wi-Fi不同,主流Wi-Fi为追求高传输率,11n时代允许选用40MHz(11g仅20MHz),11ac则至80MHz,11ac Wave更至80+80MHz或160MHz。另外11ah/Sub 1GHz虽只需要低传输率,但目前已知也至少能支援150kbps。

  11ah的标准一旦确立,则IoT物联网的发展将有更强力的依靠,特别是Km级通讯的2G、3G也朝高传输率发展(4G、LTE、LTE-Hi等),就更需要专精于产业应用的Sub 1GHz技术标准,期待此能更早到来。

关键字:物联网  Sub  1GHz

编辑:孟娟 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2014/0618/article_12358.html
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