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頻譜資源稀缺 物聯網應選擇誰?

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關鍵詞: 頻譜資源,物聯網

      雖然新一代的5G通訊朝向更高頻的方向走,例如5GHz以上的頻段,甚至可以高到28GHz、30GHz等,但其實無線通信也有另一個趨勢,是往更低頻的位置走,即1GHz以下的頻段,英文稱為Sub-1GHz。

      這如同電腦運算一樣,一是往更高效能推進,另一是往更低廉小巧推進,現在的桌上型PC可以小到只有USB隨身碟般大小,稱為PC-on-a-Stick,或者可以只有名片般大小,價位更只有20~35美元,如樹莓派(Raspberry Pi, RPi)。

      而所謂Sub-1GHz,就字義上而言是泛指低于1GHz頻段的無線通訊統統都算,但實際而言并非如此,而是要扣除許多既有應用與標準才能算。首先要扣除類比電視的電視白區(Television White Space, TVWS),小至54MHz,大至890MHz,換成數位電視后,也會使用698MHz~890MHz間。

      而以LTE而言,FDD LTE也有使用13個頻段低于1GHz,一般在700MHz~900MHz間,但有一個頻段低至462MHz。而偏高頻的TD-LTE也有一個頻段在1GHz以下,為703MHz。

      扣除上述后,真正用于物聯網(IoT)應用的,多是315MHz、433MHz、868MHz、915MHz等頻段,部份國家還允許使用169MHz頻段,或者大陸可用779MHz。

      即便是這些頻段,其實也已經有其他無線通訊標準采用,如業界已發展、推行10年的ZigBee,即使用2.4GHz、915MHz、868MHz頻段,其中后兩者低于1GHz。而Google/Nest Labs提出的家用物聯網無線通訊技術Thread,已言明使用與ZigBee相同的底層技術,即IEEE 802.15.4,言下之意現有已支援ZigBee通訊的晶片,理論上只要更新韌體,就可以改行Thread通訊,如此也一樣用及868MHz、 915MHz頻段。不過,ZigBee、Thread已屬物聯網技術領域,已是Sub-1GHz本有的初衷應用。

      除了ZigBee、Thread外,IEEE 802.11ah標準也是鎖定1GHz以下的物聯網、無線感測器網路(WSN)等應用,預計2016年會有正式標準出爐。

      當然,1GHz以下也包含類比AM收音機的540kHz~1,600kHz(1.6MHz),或者FM收音機的88.1MHz~108.1MHz,也包含無線充電的WPC Qi的110kHz~205kHz,或A4WP的6.78MHz,NFC與RFID感應的13.56MHz,但因為這些頻率實在太低,除FM外幾乎都不到 100MHz,因此幾乎可略而不提,不相沖突。

      所以,即便真的談論低于1GHz的物聯網傳輸應用,也有4類需要談論,一是現行最普及的產業標準ZigBee(廣泛應用),二是各業者自行應用的專屬型Sub- 1GHz傳輸,三是剛起步不久,僅針對家用物聯網的Thread,四是預計2016年到位的IEEE 802.11ah。

      IEEE 802.11ah的訂立是希望業者放棄專屬型Sub-1GHz,但目前來看有些不樂觀,因為11ah僅訂立多數業者均可接受的共識標準,現有專屬型的晶片表現多已超越此標準,預估即便標準出爐,放棄專屬的速度也會緩慢,特別是在一些產業型應用中,特別講究較佳的通訊表現,且換用周期較久。

      以上4類尚未談到LTE,事實上LTE也在訂立支援物聯網的新通訊標準,即MTC(Machine Type Communication),如此就有5類低于1GHz的物聯網通訊,因為如前述,LTE至少有462MHz、700MHz~900MHz可用。另外,與ZigBee、Thread在家用物聯網競爭的尚有Z-Wave,也使用868MHz~956MHz。

      另外美國歐巴馬總統2008年就任后所提出的智慧電網(Smart Grid),也在之后由IEEE負責制訂出智慧公用事業網路(Smart Utility Network, SUN)標準,即IEEE 802.15.4g,也一樣是使用低于1GHz頻段,也屬產業性應用的物聯網。

      最后,一定要用及1GHz以下頻段嗎?一是低頻可以用較低成本達到比較大面積的覆蓋,好支援廣布的感測節點,同時每個節點的傳輸量不大,低頻頻段的 Mbps級傳輸率足以因應。另一則如Nest Labs所言,2.4GHz頻段太擠了,包含微波爐、Wi-Fi、藍牙都使用,因此Thread期望在2.4GHz外也能使用其他頻段,以加速實現家用物聯網。

      目前唯一沒使用低于1GHz的物聯網通訊恐怕僅剩藍牙,4.1版的藍牙也開始支援Mesh型網路,這是支援物聯網所必須的基礎,但藍牙依然以2.4GHz為主,且看其日后發展會否也跟進采用Sub-1GHz頻段。

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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