物联网IoT必行之路─Sub-1GHz频段

2014-12-12 12:59:29来源: CTIMES
  虽然新一代的5G通讯朝向更高频的方向走,例如5GHz以上的频段,甚至可以高到28GHz、30GHz等,但其实无线通讯也有另一个趋势,是往更低频的位置走,即1GHz以下的频段,英文称为Sub-1GHz



这如同电脑运算一样,一是往更高效能推进,另一是往更低廉小巧推进,现在的桌上型PC可以小到只有USB随身碟般大小,称为PC-on-a-Stick,或者可以只有名片般大小,价位更只有20~35美元,如树莓派(Raspberry Pi, RPi)。

而所谓Sub-1GHz,就字义上而言是泛指低于1GHz频段的无线通讯统统都算,但实际而言并非如此,而是要扣除许多既有应用与标准才能算。首先要扣除类比电视的电视白区(Television White Space, TVWS),小至54MHz,大至890MHz,换成数位电视后,也会使用698MHz~890MHz间。

而以LTE而言,FDD LTE也有使用13个频段低于1GHz,一般在700MHz~900MHz间,但有一个频段低至462MHz。而偏高频的TD-LTE也有一个频段在1GHz以下,为703MHz。

扣除上述后,真正用于物联网(IoT)应用的,多是315MHz、433MHz、868MHz、915MHz等频段,部份国家还允许使用169MHz频段,或者大陆可用779MHz。

即便是这些频段,其实也已经有其他无线通讯标准采用,如业界已发展、推行10年的ZigBee,即使用2.4GHz、915MHz、868MHz频段,其中后两者低于1GHz。而Google/Nest Labs提出的家用物联网无线通讯技术Thread,已言明使用与ZigBee相同的底层技术,即IEEE 802.15.4,言下之意现有已支援ZigBee通讯的晶片,理论上只要更新韧体,就可以改行Thread通讯,如此也一样用及868MHz、915MHz频段。不过,ZigBee、Thread已属物联网技术领域,已是Sub-1GHz本有的初衷应用。

除了ZigBee、Thread外,IEEE 802.11ah标准也是锁定1GHz以下的物联网、无线感测器网路(WSN)等应用,预计2016年会有正式标准出炉。

当然,1GHz以下也包含类比AM收音机的540kHz~1,600kHz(1.6MHz),或者FM收音机的88.1MHz~108.1MHz,也包含无线充电的WPC Qi的110kHz~205kHz,或A4WP的6.78MHz,NFC与RFID感应的13.56MHz,但因为这些频率实在太低,除FM外几乎都不到100MHz,因此几乎可略而不提,不相冲突。

所以,即便真的谈论低于1GHz的物联网传输应用,也有4类需要谈论,一是现行最普及的产业标准ZigBee(广泛应用),二是各业者自行应用的专属型Sub-1GHz传输,三是刚起步不久,仅针对家用物联网的Thread,四是预计2016年到位的IEEE 802.11ah。

IEEE 802.11ah的订立是希望业者放弃专属型Sub-1GHz,但目前来看有些不乐观,因为11ah仅订立多数业者均可接受的共识标准,现有专属型的晶片表现多已超越此标准,预估即便标准出炉,放弃专属的速度也会缓慢,特别是在一些产业型应用中,特别讲究较佳的通讯表现,且换用周期较久。

以上4类尚未谈到LTE,事实上LTE也在订立支援物联网的新通讯标准,即MTC(Machine Type Communication),如此就有5类低于1GHz的物联网通讯,因为如前述,LTE至少有462MHz、700MHz~900MHz可用。另外,与ZigBee、Thread在家用物联网竞争的尚有Z-Wave,也使用868MHz~956MHz。

另外美国欧巴马总统2008年就任后所提出的智慧电网(Smart Grid),也在之后由IEEE负责制订出智慧公用事业网路(Smart Utility Network, SUN)标准,即IEEE 802.15.4g,也一样是使用低于1GHz频段,也属产业性应用的物联网。

最后,一定要用及1GHz以下频段吗?一是低频可以用较低成本达到比较大面积的覆盖,好支援广布的感测节点,同时每个节点的传输量不大,低频频段的Mbps级传输率足以因应。另一则如Nest Labs所言,2.4GHz频段太挤了,包含微波炉、Wi-Fi、蓝牙都使用,因此Thread期望在2.4GHz外也能使用其他频段,以加速实现家用物联网。

目前唯一没使用低于1GHz的物联网通讯恐怕仅剩蓝牙,4.1版的蓝牙也开始支援Mesh型网路,这是支援物联网所必须的基础,但蓝牙依然以2.4GHz为主,且看其日后发展会否也跟进采用Sub-1GHz频段。

关键字:物联网  Sub-1GHz

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/xfdz/2014/1212/article_38963.html
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