為物聯(lián)網(wǎng)而生的Sub 1GHz無線技術(shù)解讀
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物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的范疇極廣,而物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)作需要有線、無線通訊為支撐,以家庭而言,需要Wi-Fi、Bluetooth、Z-Wave等無線通訊支撐,或G.hn、HomePNA等有線通訊支撐。
IoT的物物相連情境中,各種物品都會具備連網(wǎng)功能。
產(chǎn)業(yè)方面多使用ZigBee無線通訊,但ZigBee的每個節(jié)點(diǎn)(node)通訊距離一般約在數(shù)十公尺,最多至100公尺、300公尺,無法到達(dá)一公里以上的通訊距離。
如果要達(dá)一公里以上的傳遞,可以用增設(shè)節(jié)點(diǎn)的方式來達(dá)成,傳遞過程中的數(shù)個節(jié)點(diǎn),只負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)傳,自身不需要感測、產(chǎn)生數(shù)據(jù),但此作法的缺點(diǎn)是必須佈建、維護(hù)更多的節(jié)點(diǎn),即便沒有故障失效,日久也必須去更換電池(除非該節(jié)點(diǎn)有在地能源采集能力,但目前的能源采集多在于延長電池使用時(shí)間,而非全然替代電池)。
如果數(shù)據(jù)傳遞的路徑是經(jīng)過河流、高山、峭壁等,則難以佈建,也難以換替電池,如此替代的長距離通訊方案可能為現(xiàn)有手機(jī)所用的2G、3G通訊,但采行這類的通訊涉及兩點(diǎn),一是產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的自建自用,也必須徵求頻譜授權(quán),有些國家需要付費(fèi),另一是直接與電信業(yè)者(如中華電信、臺灣大哥大)合作,使用其基地臺傳遞,然也必須付費(fèi)給電信業(yè)者。
或者,也可以采行Wi-Fi,但Wi-Fi的頻段高(2.4GHz),要長距離傳輸必須增強(qiáng)發(fā)送功率,且產(chǎn)業(yè)應(yīng)用不需要Wi-Fi動輒Mbps以上的傳輸率,只需要kbps等級即可。
可遠(yuǎn)傳的Sub 1GHz無線通訊
因此,業(yè)界開始發(fā)展低于1GHz頻段以下的無線通訊,如315MHz、433MHz、868MHz、915MHz等,泛稱為Sub 1GHz,其中868MHz、915MHz與ZigBee相同頻段,但315MHz、433MHz則為更低頻,其他也包含300MHz、387MHz、470MHz、779MHz等,不同國家有不同的規(guī)劃配置。
低頻的好處是相同發(fā)送功率下可獲得較遠(yuǎn)的傳送距離,若使用315MHz,與Wi-Fi的2.4GHz相比差距約8倍,Wi-Fi若能達(dá)100公尺,315MHz則可達(dá)800公尺(覆蓋面積更差距64倍),再加上Sub 1GHz不需要高傳輸率,不需要16QAM、64QAM等復(fù)雜調(diào)變,采行簡單調(diào)變(如ASK、FSK等)的結(jié)果是傳輸距離更遠(yuǎn),可達(dá)數(shù)公里。
因此有愈來愈多晶片業(yè)者投入Sub 1GHz的發(fā)展,如TI、STMicro、Infineon等,以滿足產(chǎn)業(yè)需要的長距離、低數(shù)據(jù)傳輸率需求。
Sub 1GHz雖有好處,但缺點(diǎn)是各國尚未統(tǒng)一可用頻段,如日本可用310MHz,大陸可用470MHz等,因此晶片業(yè)者在設(shè)計(jì)晶片時(shí),盡可能讓單一晶片可支援多種頻段,若無法用單一晶片支援所有頻段,也可能用一顆支援多個低頻段(偏300、400MHz),另一顆支援多個高頻段(偏800、900MHz)。此外發(fā)送功率也必須合乎各地規(guī)范,如歐洲ETSI、美國FCC等認(rèn)證。
IEEE 802.11ah標(biāo)準(zhǔn)制訂中
也因?yàn)镾ub 1GHz尚未全然標(biāo)準(zhǔn)化,因此IEEE也開始研擬、制訂其標(biāo)準(zhǔn),此即為IEEE 802.11ah,若無其他延宕,預(yù)計(jì)在2016年3月完成制訂。目前參與此標(biāo)準(zhǔn)訂立的相關(guān)業(yè)者機(jī)構(gòu)有Motorola Mobility(尚待確認(rèn)仍屬Google或已屬Lenovo)、NEC、CSR、ETRI、Intel等,另也包含Broadcom、Huawei、Qualcomm、Marvell、Samsung
雖然仍在研擬,但已可從草擬版略知若干技術(shù)細(xì)節(jié),例如通道頻寬可為1、2、4、8、16MHz,需要高傳輸率可采8、16MHz,需要低傳輸率可采1、2MHz,明顯與今日主流Wi-Fi不同,主流Wi-Fi為追求高傳輸率,11n時(shí)代允許選用40MHz(11g僅20MHz),11ac則至80MHz,11ac Wave更至80+80MHz或160MHz。另外11ah/Sub 1GHz雖只需要低傳輸率,但目前已知也至少能支援150kbps。
11ah的標(biāo)準(zhǔn)一旦確立,則IoT物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展將有更強(qiáng)力的依靠,特別是Km級通訊的2G、3G也朝高傳輸率發(fā)展(4G、LTE、LTE-Hi等),就更需要專精于產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的Sub 1GHz技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),期待此能更早到來。