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[導(dǎo)讀]芯知匯本文作者:王志杰01簡介1.1無線電波電磁波是指在空間傳播的交變電磁場。根據(jù)波長、頻率不同,可以將電磁波譜可大致分為:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、x射線和γ(伽馬)射線。無線電波(Radiowaves),也稱為無線電或射頻,其頻率在3000GHz以下。無線電波是...

本文來源:芯知匯

本文作者:王志杰




01


簡 介


1.1

無線電波


電磁波是指在空間傳播的交變電磁場。根據(jù)波長、頻率不同,可以將電磁波譜可大致分為:無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外線、x 射線和γ(伽馬)射線。無線電波(Radio waves), 也稱為無線電或射頻,其頻率在 3000GHz 以下。



無線電波是指在自由空間(包括空氣和真空)傳播的射頻頻段的電磁波。無線電波的波長越短、頻率越高,相同時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒕驮蕉?。無線電波在空間中傳播的方式有:直射、反射、折射、穿透、繞射(衍射)和散射等。


人們利用無線電波的傳輸特性實(shí)現(xiàn)了各種無線電應(yīng)用。利用無線電空間傳播實(shí)現(xiàn)了無線電廣播、移動電話等;利用無線電反射實(shí)現(xiàn)了對目標(biāo)進(jìn)行探測,如雷達(dá)、導(dǎo)航、定位等;利用無線電傳輸能量加熱食物,如微波爐等。無線電已廣泛應(yīng)用到了社會生活的各個方面,成為了我們生活不可或缺的一部分。


在國際單位中頻率的單位是赫茲(Hertz),其符號表示為 Hz。Gigahertz,又縮寫為 GHz, 是指千兆赫,即吉赫,等于 109Hz(1 000 000 000 Hz)。Sub-Gigahertz(縮寫為 Sub-GHz,或 Sub-1GHz)是指小于 1GHz 頻率的統(tǒng)稱。


1.2

我國無線電劃分規(guī)定


根據(jù)《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》對無線電頻段和波段的命名,無線電頻譜分為下面表中的 14 個頻段,無線電頻率以 Hz(赫茲)為單位,其表達(dá)方式為:


 3000kHz 以下(包括 3000kHz),以 kHz(千赫茲)表示

 3MHz 以上至 3000MHz(包括 3000MHz),以 MHz(兆赫茲)表示

 3GHz 以上至 3000GHz(包括 3000GHz),以 GHz(吉赫茲)表示



1.3

ISM Sub-1GHz 頻段


ISM 是指工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(industrial,scientific  和  medical,  簡稱 ISM),能在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生射頻能量并利用這種能量為工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療、民用或類似領(lǐng)域提供服務(wù)的設(shè)備或器械的運(yùn)用,但不包括電信領(lǐng)域內(nèi)的運(yùn)用。ISM 頻段就是各國挪出某一段頻段主要開放給工業(yè),科學(xué)和醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)使用。應(yīng)用這些頻段無需許可證或費(fèi)用,只需要遵守一定的發(fā)射功率(一般低于 1W),并且不要對其它頻段造成干擾即可。


在國際電聯(lián)無線電規(guī)則 ITU-R 第 5 條腳注 5.138、5.150 和 5.280 中指定的 Sub-1GHz ISM 頻段如下:


表 1 國際電信聯(lián)盟(ITU)指定的 Sub-1GHz ISM 頻段


ITU 相關(guān)腳注如下:


腳注 5.138:下列頻段:6765-6795kHz(中心頻率為 6 780kHz),433.05-434.79MHz(中心頻率為 433.92MHz)除 5.280款所列國家以外的 1 區(qū),61-61.5GHz(中心頻率為61.25GHz),122-123GHz中心頻率為 122.5GHz),和 244-246GHz中心頻率為 245GHz)指定給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)使用,但須經(jīng)有關(guān)部門與那些無線電通信業(yè)務(wù)可能受到影響的主管部門達(dá)成協(xié)議后給予特別批準(zhǔn)。援用本規(guī)定時,主管部門應(yīng)考慮有關(guān)的ITU-R 最新建議書。

腳注5.150:下列頻段:13 553-13 567kHz(中心頻率為 13 560kHz),26 957-27 283kHz(中心頻率為27 120kHz),40.66-40.70MHz(中心頻率為 40.68MHz),902-928MHz(中心頻率為 915MHz)在 2 區(qū),2 400-2 500MHz(中心頻率為2 450MHz),5 725-5 875MHz(中心頻率為5 800MHz),和 24-24.25GHz(中心頻率為 24.125GHz)也指定給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)使用。在這些頻段內(nèi)工作的無線電通信業(yè)務(wù)必須承受由于這些應(yīng)用可能產(chǎn)生的有害干擾。在這些頻段內(nèi)操作的 ISM 設(shè)備應(yīng)遵守 15.13 款的規(guī)定。

5.280款:在德國、奧地利、波斯尼亞和黑塞哥維那、克羅地亞、前南斯拉夫馬其頓共和國、列支敦士登、黑山、葡萄牙、塞爾維亞、斯洛文尼亞以及瑞士,433.05-434.79 MHz 頻段(中心頻率 433.92 MHz)指定給工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療(ISM)使用。在這一頻段上工作的上述國家的無線電通信業(yè)務(wù),必須承受這些應(yīng)用可能對其產(chǎn)生的有害干擾。在此頻段內(nèi)的 ISM 設(shè)備應(yīng)按照 15.13 款的規(guī)定進(jìn)行操作。(WRC-07)


中國香港、中國澳門地區(qū)在無線電頻率劃分中有指定 ISM 頻段,與 3 區(qū)的國際電聯(lián)指定的 Sub-1GHz 頻段一致。ISM 頻段在各國的規(guī)定并不統(tǒng)一,大部分國際電聯(lián) 3 區(qū)國家在100MHz-1GHz 頻段中沒有指定 ISM 應(yīng)用頻段。在中國內(nèi)地,上面所提到的 ISM 頻段實(shí)際上也劃分給了相關(guān)無線電業(yè)務(wù)使用,使用相關(guān)頻段需要遵循我國的無線電管理相關(guān)規(guī)定。


1.4

Sub-1GHz 無線電發(fā)射設(shè)備


根據(jù)我國無線電發(fā)射設(shè)備型號核準(zhǔn)的相關(guān)文件,可以將無線電發(fā)射設(shè)備分為以下幾類:微功率短距離無線電設(shè)備、公眾網(wǎng)移動通信設(shè)備、專用通信設(shè)備、無線接入設(shè)備、廣播發(fā)射設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、導(dǎo)航設(shè)備、衛(wèi)星通信設(shè)備、其他設(shè)備。


其中,在上面的分類中,其中 Sub-1GHz 主要的無線電發(fā)射設(shè)備有如下:


表 2 Sub-1GHz 主要的無線電發(fā)射設(shè)備


1.5

微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備


微功率(短距離)無線電設(shè)備是指發(fā)射功率小、傳輸距離近的無線電設(shè)備。由于其電磁環(huán)境影響小,沒有要求微功短距離無線電設(shè)備進(jìn)行核準(zhǔn)和行政許可,也就是所謂的免授權(quán)頻段,但還是需要符合無線電管理的相關(guān)規(guī)定。


根據(jù) 2019 年工信部 2019 年第 52 號公告,《微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備目錄和技術(shù)要求》,無線電發(fā)射設(shè)備使用的 Sub-1GHz 頻段如下表:


表 3 微功率(短距離)無線電設(shè)備 Sub-1GHz 頻率



1.6

Sub-1GHz 和 2.4GHz 頻率比較


由于 Sub-1GHz 頻率比較低,其波長較長,信號容易繞過建筑或障礙物傳播更遠(yuǎn)到更遠(yuǎn)的距離,利用這種特性可以進(jìn)行更遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)信息傳輸。使用 Sub-GHz 頻段通常用于設(shè)計較低帶寬的數(shù)據(jù)傳輸,由于帶寬小,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量相對就少,數(shù)據(jù)速率低。由于使用較低的帶寬和較低的數(shù)據(jù)速率,Sub-1GHz 系統(tǒng)功耗也較低。較低帶寬導(dǎo)致較低的熱噪聲,接收靈敏度有較好的表現(xiàn)。使用 Sub-GHz 頻段系統(tǒng)可以降低無線網(wǎng)絡(luò)部署的基礎(chǔ)設(shè)施成本。


Sub-1GHz 無線電頻段應(yīng)用的主要特點(diǎn):


 頻率較低波長較長,傳輸距離遠(yuǎn),穿透性強(qiáng)

 窄帶寬,傳輸數(shù)據(jù)量少,數(shù)據(jù)速率低,功耗低

 信號傳輸距離遠(yuǎn),無線網(wǎng)絡(luò)部署基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本低


在免許可頻段的無線通信應(yīng)用中,Sub-1GHz 和 2.4GHz 兩個無線頻段是主要的選擇。Sub-1GHz 無線頻段適合于組建低數(shù)據(jù)速率低功耗的無線通信網(wǎng)絡(luò),2.4GHz 比較適合于小范圍內(nèi)的高數(shù)據(jù)速率通信。下表是一個 Sub-1GHz 和 2.4GH 簡單的比較:


表 4 Sub-1GHz 與 2.4GHz 比較表


在部署物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時,一般會考慮如下幾個方面因素:


1) 距離:Sub-1GHz 相比較高頻段(如 2.4GHz 頻段)覆蓋范圍大,是規(guī)?;B接組網(wǎng)比較好的選擇。

2) 低功耗:在以少數(shù)據(jù)量而非視頻等高流量的應(yīng)用中,僅需要較窄的帶寬進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸,對射頻收發(fā)的功耗要求也低,適合于電池供電或能量收集供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備應(yīng)用。

3) 干擾:相對而言,2.4GHz 設(shè)備近距離部署密集會對射頻有一定干擾,Sub-1GHz 干擾情況會比 2.4GHz 好些。




02


射頻收發(fā)器


2.1

調(diào)制解調(diào)


調(diào)制是通過較低頻率信息信號改變較高頻率載波信號屬性的一個或多個參量的變化,使信息信號的變化規(guī)律反應(yīng)在較高頻載波信號上。解調(diào)則是將已調(diào)制信息信號的變化規(guī)律還原出來,恢復(fù)原始的信息信號。


來源:網(wǎng)絡(luò)


調(diào)制的目的是把要傳輸?shù)哪M或數(shù)字信息信號變調(diào)變到高頻的載波上,再通過天線輻射出去。一方面可以有效利用頻譜資源;另一方面天線尺寸也可以有效減小。


2.2

調(diào)制方式


按正弦波載波看,有三個參數(shù)可以改變:幅度、頻率、相位。因此,可以把調(diào)制方式分為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種基本類型。


根據(jù)信號性質(zhì)調(diào)制方式可分為模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制兩大類。模擬調(diào)制有調(diào)幅(Amplitude modulation, AM)、調(diào)頻(Frequency modulation ,FM)和調(diào)相(Phase modulation , PM)。數(shù)字調(diào)制有振幅鍵控(Amplitude-shift keying , ASK)、移頻鍵控(Phase-shift keying , FSK)、移相鍵控(Phase-shift keying, PSK)和差分移相鍵控 (DPSK)等。



按載波形式又分為連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制兩類。脈沖調(diào)制有脈幅調(diào)制(Pulse-amplitude modulation ,PAM)、脈寬調(diào)制(Pulse-width modulation ,PWM)、脈頻調(diào)制(PFM)、脈位調(diào)制(Pulse-position modulation , PPM)、脈碼調(diào)制(Pulse-code modulation, PCM)等。



常見的調(diào)制方式:


頻移鍵控(Frequency-shift keying,F(xiàn)SK)- 以數(shù)字信號控制載波頻率變化的調(diào)制方式, 稱為頻移鍵控(FSK)。最常見的 FSK 為二進(jìn)制FSK(BFSK,binary FSK,或稱 2FSK)。BFSK 用兩個離散的頻率分別代表不同的二進(jìn)制信號(0 和 1),四進(jìn)制頻移鍵控則稱 QFSK。


高斯頻移鍵(Gauss frequency Shift Keying,GFSK)- GFSK 的技術(shù)基礎(chǔ)于FSK。當(dāng)原始數(shù)字信號在經(jīng)過FSK 調(diào)變送出前,加上一個高斯低通濾波器來限制調(diào)變后的信號頻譜寬度, 使得在通訊上能限制頻譜寬度的傳輸以及功率的消耗。


最小頻移鍵控(Minimum Shift Keying,MSK)是一種改變波載頻率來傳輸信息的調(diào)制技術(shù),即特殊的連續(xù)相位的頻移鍵控 (CPFSK)。其最大頻移為比特速率的 1/4,即 MSK 是調(diào)制系數(shù)為 0.5 的連續(xù)相位的 FSK。


高斯最小頻移鍵控(Gaussian Filtered Minimum Shift Keying,GMSK)- GMSK 是從 MSK 調(diào)制的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種數(shù)字調(diào)制方式,其特點(diǎn)是在數(shù)據(jù)流送交頻率調(diào)制器前先通過一個 Gauss 濾波器(預(yù)調(diào)制濾波器)進(jìn)行預(yù)調(diào)制濾波,以減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量,使得在相同的數(shù)據(jù)傳輸速率時頻道間距可以變得更緊密。由于數(shù)字信號在調(diào)制前進(jìn)行了Gauss 預(yù)調(diào)制濾波,調(diào)制信號在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù),而且平滑過濾,因此 GMSK 調(diào)制的信號頻譜緊湊、誤碼特性好,在數(shù)字移動通信中得到了廣泛使用,如廣泛使用的 GSM(Global System for Mobile communication)移動通信體制就是使用 GMSK 調(diào)制方式。


幅移鍵控(Amplitude Shift Keying,ASK)- 是通過載波的幅度變化來表示數(shù)字信號的一種幅度調(diào)制方式,根據(jù)信號的不同,調(diào)節(jié)正弦波的幅度。在一個 ASK 系統(tǒng)中,二進(jìn)制符號1 會通過一個固定幅度、固定頻率的載波信號來表示。


開關(guān)鍵控(on-off keying,OOK)-  又名二進(jìn)制振幅鍵控(2ASK),OOK 是 ASK 調(diào)制的一個特例,把一個幅度取為 0,另一個幅度為非 0。


多進(jìn)制頻移鍵控(Multiple frequency-shift keying,MFSK)- 是一種可用多個不同的載波頻率代表多種數(shù)字信息的調(diào)制方式。


BPSK (Binary Phase Shift Keying) - 二進(jìn)制相移鍵控。是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)值的轉(zhuǎn)換方式之一,利用偏離相位的復(fù)數(shù)波浪組合來表現(xiàn)信息鍵控移相方式。


OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) - 即正交頻分復(fù)用技術(shù),由 MCM(Multi-Carrier Modulation,多載波調(diào)制)發(fā)展而來。實(shí)際上OFDM 是 MCM(Multi Carrier Modulation),多載波調(diào)制的一種。通過頻分復(fù)用實(shí)現(xiàn)高速串行數(shù)據(jù)的并行傳輸, 它具有較好的抗多徑衰弱的能力,能夠支持多用戶接入。


直序擴(kuò)頻(Direct Sequence Spread Spectrum, DSSS)- 每個數(shù)字信息信號單元用偽隨機(jī)數(shù)字序列方式發(fā)送,而該偽隨機(jī)數(shù)字序列數(shù)字速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信息信號比特速率。調(diào)制載波的信號常通在信息信號中加偽隨機(jī)數(shù)字信號而獲得。


調(diào)頻擴(kuò)頻(Frequency Hopping Spread Spectrum, FHSS) - 一種載波頻率在短時間間隔內(nèi)自動變化的擴(kuò)頻調(diào)制形式,它以偽隨機(jī)方式從一組頻率中選擇載波頻率,這組頻率所占據(jù)的頻帶帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于發(fā)送信息所需要的帶寬。頻率變化的速率可以高于也可以低于信息信號的比特速率。


線性調(diào)頻擴(kuò)頻(Chirp Spread Spectrum, CSS)- 有規(guī)則的脈沖序列。該序列中每個脈沖中的正弦載波是調(diào)頻的,使得在每個脈沖持續(xù)時間內(nèi)的瞬時頻率在兩個特定值之間線性變化。


2.3

射頻收發(fā)器


射頻收發(fā)器是一個集發(fā)射器和接收器于一體的集成電路,主要應(yīng)用于無線通信設(shè)備。兩個或多個設(shè)備通過射頻收發(fā)器進(jìn)行發(fā)送和/或接受無線電信號進(jìn)行通信。


射頻收發(fā)器工作模式有半雙工和全雙工。半雙工工作模式的射頻收發(fā)器,其發(fā)射器和收發(fā)器連接到同一個天線,通過射頻開關(guān)來設(shè)置是發(fā)送信號還是接受信號,發(fā)送信號時不能接受數(shù)據(jù);全雙工工作模式,發(fā)射器和接收器工作在不同的頻率,在發(fā)送數(shù)據(jù)時可以同時接受數(shù)據(jù)。


2.4

無線模塊


一個基本的射頻模塊應(yīng)用系統(tǒng)通常包括:微控制器、接收器/發(fā)射器、晶振、巴倫、濾波、天線、射頻開關(guān)等組成。如下圖所示:



微控制器和射頻收發(fā)器有時會集成為一個 SoC。


晶振是晶體振蕩器,又稱為石英晶體諧振器,提供本地振蕩器和載波的參考頻率。石英諧振晶體可分兩大類:石英晶體和石英晶體振蕩器。石英晶體是石英晶片加上電極與外殼封裝,不含有源元件,需搭配外加電路才會產(chǎn)生振蕩,稱為無源晶振;石英晶體振蕩器內(nèi)含石英晶體與振蕩電路的模組,需要電源,可直接產(chǎn)生振蕩信號輸出,稱為有源晶振。


石英晶體振蕩器有以下幾種常見類型:

 TCXO - 溫度補(bǔ)償型(Temperature compensated crystal oscillator)

 OCXO - 恒溫型(Oven-controlled crystal oscillator)

 VCXO - 電壓控制型(Voltage-controlled crystal oscillator)


天線是一個無線通信系統(tǒng)非常重要的組成部分,用來發(fā)射和接受無線電波。天線一般在某一頻率調(diào)諧,并在此諧振頻率為中心的一段頻帶上有效。當(dāng)天線的長度為無線電信號波長的 1/4 時,天線的發(fā)射和接收轉(zhuǎn)換效率最高。影響天線性能的臨界參數(shù)有很多,通常在天線設(shè)計過程中可以進(jìn)行調(diào)整,如諧振頻率、阻抗、增益、孔徑或輻射方向圖、極化、效率和帶寬等。


Balun 中文名為巴倫,是英文 Balance-unbalance(平衡-不平衡變換器)縮寫的音譯, 是一種可以使平衡傳送線路和不平衡傳送線路之間相互變換的器件。


2.5

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)用


一個或多個無線收發(fā)器可以組建成各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線網(wǎng)絡(luò),這些無線網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)或其他網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備接入互聯(lián)網(wǎng),形成了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)。一個簡單的無線接入網(wǎng)絡(luò)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)示意圖如下:



上面圖示的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)可大致分為感知控制、無線接入、網(wǎng)絡(luò)連接、邊緣計算和云計算五部分。


感知和控制,感知是對物理世界的量化、數(shù)字化,以便于在計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行處理。物理量的量化、數(shù)字化往往是由傳感器來完成,傳感器是能感受被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置,通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。微控制器(MCU)一般對傳感器的轉(zhuǎn)換與量化進(jìn)行處理,微控制還可以控制執(zhí)行器或設(shè)備。結(jié)合通信功能,感知和控制部分可以成為一個感知終端,能對物或環(huán)境進(jìn)行信息采集和/或執(zhí)行操作,并能進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行通信。


無線接入,是指基于遠(yuǎn)距離和近距離等無線接入技術(shù),通過各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),組成星型、MESH,或混合型等各種物聯(lián)無線網(wǎng)絡(luò)。這部分無線接入主要是指非 IP 協(xié)議的無線網(wǎng)絡(luò)。非 IP 協(xié)議的無線接入可分為蜂窩和非蜂窩無線網(wǎng)絡(luò)接入。蜂窩網(wǎng)絡(luò)是基于行政許可的在專用頻段上的無線網(wǎng)絡(luò),主要以 NB-IoT、eMTC 等為主;非蜂窩網(wǎng)絡(luò)則是工作在免行政許可的無線電頻段上,也即所謂的免授權(quán)頻段,免授權(quán)頻段的無線電設(shè)備主要集中在微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備。低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)是近幾年快速發(fā)展起來的無線網(wǎng)絡(luò),借助 ISM 或免授權(quán)頻段實(shí)現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)規(guī)?;M網(wǎng)應(yīng)用。


網(wǎng)絡(luò)連接,網(wǎng)關(guān)是一個用無線接入網(wǎng)絡(luò)與通信網(wǎng)絡(luò)、不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中,網(wǎng)關(guān)起到通信網(wǎng)絡(luò)連接和協(xié)議轉(zhuǎn)換的橋梁作用。


邊緣計算,連接的增多帶來數(shù)據(jù)的增長,這些數(shù)據(jù)需要計算處理,數(shù)據(jù)的計算并非都是到中心化的數(shù)據(jù)中心,往往是留在了互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行計算處理。


云計算,以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ),憑借強(qiáng)大的計算能力,提供數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算、為用戶提供軟件服務(wù)和數(shù)據(jù)可視化等。




03


主要無線通信技術(shù)


3.1

LoRaWAN


3.1.1

簡介


LoRa 是 Long Range 的兩個單詞前字母的簡寫,是由法國格勒諾布爾的 Cycleo 公司開發(fā)的一種數(shù)字無線數(shù)據(jù)通信專利技術(shù),2012 年被美國 Semtech 公司所收購。LoRa 能夠以低功耗實(shí)現(xiàn)超遠(yuǎn)距離無線數(shù)據(jù)傳輸(農(nóng)村地區(qū)超過 10 公里)。LoRa 使用免許可的 sub-1GHz 頻段,是構(gòu)建低功耗物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)之一。


3.1.2

 技術(shù)


LoRaWAN? 是一種低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(LPWAN)規(guī)范,適用于在地區(qū)、國家或全球網(wǎng)絡(luò)中的電池供電的無線設(shè)備。LoRaWAN 以物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵要求為目標(biāo),如安全的雙向通訊、移動化和本地化服務(wù)。該標(biāo)準(zhǔn)提供智能設(shè)備間無縫的互操作性,不需要復(fù)雜的本地安裝,給用戶、開發(fā)者、企業(yè)以自由,使其在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮作用。


LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通常地布局為一個星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其中網(wǎng)關(guān)是一個透傳橋接,在終端設(shè)備和后臺中央網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器之間轉(zhuǎn)送訊息。網(wǎng)關(guān)通過標(biāo)準(zhǔn) IP 連接連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器,而終端設(shè)備使用無線通信單跳到一個或多個網(wǎng)關(guān)。所有終端節(jié)點(diǎn)通信一般都是雙向的,但還支持諸如組播操作以實(shí)現(xiàn)軟件空中升級(OTA)或其他大量信息分發(fā)以減少空中通信時間。


終端設(shè)備和網(wǎng)關(guān)之間的通信以不同頻道和數(shù)據(jù)速率傳播。數(shù)據(jù)速率的選擇需要在通信距離和通信時延間做一個權(quán)衡。由于擴(kuò)頻技術(shù),不同數(shù)據(jù)速率的通信相互間不會干擾,并會創(chuàng)建一組“虛擬”通道,增加了網(wǎng)關(guān)的容量。LoRaWAN 的數(shù)據(jù)速率范圍從 0.3kbps 到 50kbps。為最大限度地提升終端設(shè)備的電池壽命和整體網(wǎng)絡(luò)容量,LoRaWAN 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器通過一種自適應(yīng)數(shù)據(jù)速率(ADR)的方法分別為每個終端設(shè)備和RF 輸出管理數(shù)據(jù)。


針對物聯(lián)網(wǎng)的全國范圍的網(wǎng)絡(luò),如重要的基礎(chǔ)設(shè)施、保密的個人數(shù)據(jù)或?qū)Π踩ㄐ庞刑厥庑枨蟮纳鐣匾δ堋_@已通過幾層的加密解決了。


· 唯一網(wǎng)絡(luò)密鑰(EU164),保證在網(wǎng)絡(luò)層上的安全

· 唯一應(yīng)用密鑰(EU164),保證在應(yīng)用層上端到端的安全

· 設(shè)備專用密鑰(EUI128)


LoRaWAN 分了幾種不同類型的終端設(shè)備以解決反映在廣泛應(yīng)用中的不同需求:


· 普通列表項目雙向通訊終端設(shè)備(A 類):A 類的終端設(shè)備允許雙向通信,因此每個終端設(shè)備的上行鏈路傳輸跟著兩個短的下行鏈路接受窗口。傳輸時隙由終端設(shè)備基于其自身的通訊需求安排,根據(jù)隨機(jī)時基有一個小的變化(ALOHA 類型協(xié)議)。對于在終端設(shè)備發(fā)送一個上行鏈路傳輸后,僅簡短地要求服務(wù)器的下行鏈路通訊的應(yīng)用來說,這種A 類操作是功耗最低的終端設(shè)備的系統(tǒng)。在其他任何時間來自服務(wù)器的下行鏈路通訊必須等到下一個調(diào)度的上行鏈路通訊。

· 普通列表項目具備調(diào)度接受時隙的雙向通訊終端設(shè)備(B 類):除 A 類隨機(jī)的接受窗口外,B 類設(shè)備另外還在調(diào)度時打開了接受窗口。為使終端設(shè)備在調(diào)度時間上打開其接受窗口接受網(wǎng)關(guān)同步信標(biāo)一次。這使得服務(wù)器知道終端設(shè)備什么時候在偵聽。

· 普通列表項目具備最大接受時隙的雙向通訊終端設(shè)備(C 類):C 類終端設(shè)備幾乎是連續(xù)地打開接受窗口,僅在發(fā)送時關(guān)閉。



3.2

ZETA


3.2.1

簡介


ZETA 是由縱行科技自主研發(fā)的、非授權(quán)頻段的 LPWAN(低功耗廣域網(wǎng))標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)使用UNB(超窄帶)多信道通信,在傳統(tǒng) LPWAN 的穿透性能基礎(chǔ)上,進(jìn)一步通過分布式接入機(jī)制實(shí)現(xiàn)快速部署,并為 Edge AI(端智能)提供底層支持。ZETA LPWAN 可以實(shí)現(xiàn)超低功耗、超大連接、超低成本和超廣域覆蓋的無線組網(wǎng)應(yīng)用。


ZETA 在日本、中國分別成立了 ZETA 聯(lián)盟,推廣應(yīng)用 ZETA 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。ZETA 中國聯(lián)盟是基于縱行科技的ZETA 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),聯(lián)合國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游不同環(huán)節(jié)的公司和團(tuán)體廣泛參與,通過ZETA AIoT 為快速打造出一個超智能社會做出貢獻(xiàn)的一個跨行業(yè)、全球性技術(shù)聯(lián)盟。ZETA 聯(lián)盟致力于進(jìn)一步推進(jìn)ZETA LPWA 技術(shù)的普及,并將其應(yīng)用于解決各類社會問題,通過“物聯(lián)網(wǎng)+人工智能”為智能社會做出貢獻(xiàn)。ZETA 聯(lián)盟由組網(wǎng)設(shè)備供應(yīng)商、系統(tǒng)集成公司、云服務(wù)提供商、應(yīng)用程序開發(fā)公司、事業(yè)單位和團(tuán)體組成,從底層芯片算法開始到上層應(yīng)用,建立垂直整合,打造技術(shù)領(lǐng)先業(yè)界的 ZETA AIoT 生態(tài)。


ZETA 技術(shù)主要特點(diǎn):


 主動雙向通信 - 可根據(jù)用戶需求,在任意時間或根據(jù)任意事件觸發(fā)進(jìn)行上行(數(shù)據(jù)上傳)和下行(控制信令)數(shù)據(jù)傳輸。

 多跳自組網(wǎng)接入 - 靈活組網(wǎng)、盲區(qū)覆蓋、節(jié)點(diǎn)融合、網(wǎng)絡(luò)自愈。

 多種協(xié)議模式 - 多種協(xié)議以適合不同應(yīng)用,還可根據(jù)用戶需求定制。

 超低功耗 - 設(shè)備大部分生命周期深度睡眠,喚醒工作時間超短,電池壽命 5-10 年。

 超廣覆蓋 - 采用超窄帶技術(shù),高接收靈敏度,保證在市區(qū)環(huán)境下 2-10km 的穩(wěn)定傳輸。

 可控帶寬與頻譜 - 多個 Sub-GHz 頻段可選(如:433、470、500、787、868 和

915MHz 等) ??啥ㄖ茖S蓄l段,支持 100bps-50kbps 速率傳輸。

 多重安全 - 提供適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高效安全方案,支持超過 50 信道的跳頻、接入鑒權(quán)、MAC 地址過濾、AES-128(可選) 、LCG 輕量級數(shù)據(jù)加密等。

 超大容量 - 分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、虛擬 OFDMA 以及超窄帶傳輸技術(shù),ZETA 可提供 3- 10 倍于其他 LPWAN 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)容量。


3.2.2

技術(shù)


ZETA 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括軟件和硬件兩部分。軟件部分包括 Edge AI 和 ZETA Server;硬件部分包括 ZETA AP、ZETA MOTE、ZETA MS 和ZETag 等。ZETA 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖,如下圖所示:



硬件部分


ZETA AP 是ZETA 無線網(wǎng)絡(luò)和 ZETA Server 之間的網(wǎng)關(guān), ZETA 網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備與ZETA Server 的所有交互都通過 AP 完成。ZETA AP 與其余 ZETA 設(shè)備通過 ZETA 協(xié)議進(jìn)行通信,與 ZETA Server 則通過標(biāo)準(zhǔn) IP 協(xié)議進(jìn)行通信。ZETA AP 支持多信道雙向通信:不僅支持接收下級設(shè)備的上行傳輸,也同時支持廣播、組播、單播等下行指令。


ZETA MOTE 是低功耗 Mesh 層中繼,最多可達(dá)四級,有效地增加單站覆蓋范圍,死角覆蓋、防止數(shù)據(jù)擁塞等功能。


ZETA MS 是一個高性能、高度集成的低功耗窄帶通信模塊。模塊內(nèi)置ZETA?協(xié)議,可接入縱行科技大范圍無縫覆蓋的城域物聯(lián)網(wǎng)蜂窩。采用 UART 透明傳輸接口,提供標(biāo)準(zhǔn)的感應(yīng)器接口以及簡單友好的二次開發(fā)指令集。基于該模塊,開發(fā)者可以快速實(shí)現(xiàn)大規(guī)模大范圍覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,同時將開發(fā)的成本和風(fēng)險降至最低。


ZETag 是新一代的柔性廣域傳感標(biāo)簽。ZETag 可采用打印電池供電,厚度保持在 3mm 以下,支持柔性電路板,可一次性使用,室外覆蓋距離可達(dá) 2-3km。由于 ZEtag 低成本、小尺寸和打印電池供電的特點(diǎn),使其完全可以“用完即棄”,并環(huán)?;厥铡Ec ZETA 網(wǎng)關(guān)配合使用,可實(shí)現(xiàn)大容量和高并發(fā)接入需求。ZETag 可廣泛應(yīng)用于資產(chǎn)盤點(diǎn)、追蹤和管理、身份識別、特殊事件報告等領(lǐng)域


軟件部分


Edge AI 實(shí)現(xiàn)了深度/機(jī)器學(xué)習(xí)、嵌入式推理和先驗計算等算法。ZETA 網(wǎng)絡(luò)中的終端傳感器可以具有 “端智能”,通過更新端側(cè)智能模型的參數(shù)及演進(jìn)算法,使得大量數(shù)據(jù)的處理在端側(cè)進(jìn)行,實(shí)現(xiàn)“去云化”,保障關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全。LPWAN 網(wǎng)絡(luò)只需承擔(dān)處理結(jié)果或關(guān)鍵信息的回傳, 真正實(shí)現(xiàn)深度覆蓋的價值。


ZETA Server 是CMP (連接管理平臺)、 DMP (設(shè)備管理平臺) 和 AEP (應(yīng)用使能平臺) 三位一體的可視化物聯(lián)網(wǎng)綜合管理平臺(PAAS),涵蓋大多數(shù)低功耗廣域網(wǎng)細(xì)分市場的設(shè)備與應(yīng)用。


3.3

Weightless-P


3.3.1

簡介


Weightless 是一種開放、低功耗和遠(yuǎn)距離的無線通信標(biāo)準(zhǔn),為物聯(lián)網(wǎng)提供連接解決方案。每個公司都可以建立自己的 Weightless 網(wǎng)絡(luò)或與提供訪問 Weightless 網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商簽約使用網(wǎng)絡(luò)。Weightless 的技術(shù)優(yōu)勢包括其超低能耗、管理設(shè)備雙向通信和空中(OTA)更新的能力以及同步網(wǎng)絡(luò)功能等,從而為物聯(lián)網(wǎng)解決方案提供無與倫比的可擴(kuò)展性。


Weightless 是Weightless 特別興趣小組(Special Interest Group,SIG)簡寫,也是技術(shù)的名字。負(fù)責(zé)針對機(jī)器通訊的無線互聯(lián)技術(shù)進(jìn)行開發(fā)。這個組織也提供專門的測試和認(rèn)證的計劃以驗證是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求和保證互操作性,同時也為其成員提供技術(shù)許可。Weightless 為物聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計,尤其是低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)。Weightless 既可以工作在免許可頻段和也可以工作在許可頻段,目前工作在免許可的sub-GHz 頻段(如138MHz、433MHz、470MHz、780MHz、868MHz、915MHz、923MHz)。Weightless 特別興趣小組(SIG)是一個非盈利的全球標(biāo)準(zhǔn)組織,負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)Weightless 標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)工作。


Weightless-P 無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在國內(nèi)有國家電網(wǎng)、廣電等有部分項目進(jìn)展。


04

3.3.2 技術(shù)


Weightless-P 的定義特征如下:


 100%雙向,可靠的完全應(yīng)答通信

 針對大量低復(fù)雜度的終端設(shè)備進(jìn)行了優(yōu)化,這些終端設(shè)備采用異步上行鏈路主導(dǎo)的通信方式,短的有效載荷大?。ㄍǔ?lt;48 字節(jié))。

 針對超低功耗進(jìn)行了優(yōu)化

 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)速率從 0.625kbps 到 100kbps

 典型的終端設(shè)備發(fā)射功率為 14dBm(最高可達(dá) 30dBm)

 典型基站發(fā)射功率為 27dBm(最高可達(dá) 30dBm)。  Weightless-P 網(wǎng)絡(luò)由以下部分組成:

 終端設(shè)備(End Devices,ED):網(wǎng)絡(luò)中的“葉”節(jié)點(diǎn),低復(fù)雜度,低成本,通常低占空比

 基站(Base Stations,BS):每個小區(qū)的中心節(jié)點(diǎn),所有 ED 通過星形拓?fù)溥M(jìn)行通信

 基站網(wǎng)絡(luò)(Base Station Network,BSN):互聯(lián)單個網(wǎng)絡(luò)的所有基站,以管理整個網(wǎng)絡(luò)的無線電資源分配和調(diào)度,并處理認(rèn)證,漫游和調(diào)度


Weightless-P 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下:



為了實(shí)現(xiàn)高網(wǎng)絡(luò)容量(在給定時間段內(nèi)能夠通信的終端設(shè)備的數(shù)量),Weightless-P 結(jié)合了同步的 TDMA 和 FDMA,提供在獨(dú)立終端設(shè)備之間共享的大量上行鏈路邏輯信道。設(shè)計參數(shù)一方面在平衡能量效率和網(wǎng)絡(luò)容量(其既要求高數(shù)據(jù)速率又要求發(fā)射功率),另一方面要實(shí)現(xiàn)可達(dá)到的通信范圍(在給定最大發(fā)射功率的情況下要求低數(shù)據(jù)速率限制)。


3.4

Z-Wave


3.4.1

簡介


Z-Wave 是一種低功耗、低成本的無線通信技術(shù),使得消費(fèi)級產(chǎn)品能夠組成網(wǎng)絡(luò),主要應(yīng)用于智能家居。由于無線電的衰落效應(yīng)、雜散噪聲和反射等因素會造成數(shù)據(jù)丟失,Z-Wave 提供了一個低水平的重傳來恢復(fù)數(shù)據(jù)的傳輸。網(wǎng)絡(luò)層采用了網(wǎng)狀(MESH)路由,擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍。


Z-Wave 協(xié)議是一種低帶寬半雙工協(xié)議,用于低成本控制網(wǎng)絡(luò)中的可靠無線通信,有限功耗,非即時,時間寬松的關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸需求。Z-Wave 協(xié)議的主要目的是用一種可靠的方式將短控制消息從網(wǎng)絡(luò)中的一個節(jié)點(diǎn)傳送到一個或多個節(jié)點(diǎn)。Z-Wave 網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)是易于安裝,互操作性,可靠的數(shù)據(jù)傳輸,成本非常低和電池壽命長,同時保持一個簡單而靈活的協(xié)議。ZWave 協(xié)議專為住宅和輕型商業(yè)控制和狀態(tài)讀取應(yīng)用而設(shè)計,如抄表、照明和設(shè)備控制、HVAC、訪問控制、入侵者傳感器等。


Z-Wave 使用 850 至 950MHz 之間的頻段,這些頻段屬于 ISM(工業(yè)科學(xué)醫(yī)學(xué))或 SRD(短距離設(shè)備)頻段。在歐洲主要是 868.42MHz 頻率,在北美主要是 908.42MHz 頻率,在其他國家遵循其無線電法規(guī)要求。2012 年,國際電信聯(lián)盟(ITU)將 Z-Wave PHY 和 MAC層作為 G.9959 標(biāo)準(zhǔn)中一個選項,用于 1GHz 以下無線設(shè)備。


根據(jù) Z-Wave 官方資料顯示,中國 Z-Wave 使用了 868.40MHz,中國香港地區(qū)使用了919.80MHz。如下表:



根據(jù)無線電發(fā)射設(shè)備型號核準(zhǔn)信息公開查詢,丹麥 Sigma Designs Denmark 公司于2016 年 11 月 18 日核準(zhǔn)了設(shè)備型號為 ACC-UZB3-CN 的產(chǎn)品。設(shè)備名稱為民用無線控制裝置。使用頻率為 868.40MHz 868.42MHz。發(fā)射功率≤5mW(e.r.p)。雜散發(fā)射限值≤-30dBm

(有效值)。產(chǎn)品核準(zhǔn)有效期為五年。


據(jù)報道,2019 年 12 月 Silicon Labs 和 Z-Wave 聯(lián)盟宣布開放 Z-Wave 規(guī)范新計劃,使Z-Wave?規(guī)范使其成為一種多源無線通信標(biāo)準(zhǔn),開放的 Z-Wave 規(guī)范包括 ITU.G9959 PHY/MAC 無線電規(guī)范、應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層和主機(jī)設(shè)備通信協(xié)議。所有半導(dǎo)體和軟件供應(yīng)商都將能加入 Z-Wave 生態(tài)系統(tǒng),并開發(fā)和提供 sub-GHz 的 Z-Wave 無線產(chǎn)品和軟件。Z-Wave 聯(lián)盟將成為一個Z-Wave 規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織,并將繼續(xù)管理包括軟件和硬件的 Z-Wave 認(rèn)證項目。


3.4.2

技術(shù)


Z-Wave 協(xié)議是一種低功耗、低成本無線通信技術(shù),專為住宅和輕型商業(yè)環(huán)境中的控制、監(jiān)控和狀態(tài)讀取應(yīng)用而設(shè)計。一個 Z-Wave 網(wǎng)絡(luò)最多可容納 232 個節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò) ID 用于標(biāo)識特定網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)地址是自動配置的,無需用戶干預(yù)。


Z-Wave 有其自己的網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層和應(yīng)用層。Z-Wave 支持 IP 傳輸以及 IP 路由協(xié)議。在網(wǎng)絡(luò)納入(network inclusion)期間,節(jié)點(diǎn)會收到一個唯一的地址。一個網(wǎng)絡(luò)最多可以容納232 個節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò) ID 用于標(biāo)識一個特定的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點(diǎn)地址是自動配置的,無需用戶干預(yù)。Z-Wave 網(wǎng)絡(luò)層定義了 Z-Wave 路由協(xié)議,它是一個源路由協(xié)議。Z-Wave 路由協(xié)議允許發(fā)起者通過一個或多個中繼器到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。響應(yīng)式發(fā)現(xiàn)算法允許發(fā)起者在需要時決定新的源路由。Z-Wave 對多播消息使用特殊的幀格式。Z-Wave 多播幀頭在幀頭中有完整的目標(biāo)位映射。Z-Wave 應(yīng)用層為各種設(shè)備定義了廣泛的設(shè)備和命令類,如燈、門鎖和溫度傳感器。


主要技術(shù)特點(diǎn)

· 免許可 sub-1GHz,ISM 頻段

· 調(diào)制方式:GFSK

· 多信道,2 個或 3 個

· 數(shù)據(jù)速率:9.6Kbit/s,40Kbit/s,100Kbit/s

· 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)操作:唯一的網(wǎng)絡(luò) ID 號(HomeID),一個網(wǎng)絡(luò)多達(dá) 232 個節(jié)點(diǎn)

· 完全應(yīng)答協(xié)議

· 自動重傳

· 沖突規(guī)避算法


網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)


網(wǎng)絡(luò)組件


Z-Wave 節(jié)點(diǎn)可分為兩組:普通節(jié)點(diǎn)和低功耗節(jié)點(diǎn)。普通節(jié)點(diǎn)通常始終處于接收模式。低功耗節(jié)點(diǎn)大部分時間是處于斷電和定時短間隔喚醒狀態(tài)以最大程度地降低功耗。后一種類型是頻繁偵聽(FL)節(jié)點(diǎn)。


網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/span>


在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?,每個設(shè)備都能夠在其無線電范圍內(nèi)與另一個設(shè)備通信。節(jié)點(diǎn)可以發(fā)送和接收消息,也可以為鄰居節(jié)點(diǎn)中繼消息。這個中繼使得消息通過中間節(jié)點(diǎn)到達(dá)其最終目的地。引入路由可提供一個冗余且更可靠的網(wǎng)絡(luò)。



Z-Wave 使用源路由??梢灾鲃咏⒒虬葱璋l(fā)現(xiàn)來建立路由。如果消息由于衰落和/或干擾而丟失,那么該節(jié)點(diǎn)可以重新傳輸消息,如果仍然失敗,就使用替代路由。如果需要, 可以發(fā)現(xiàn)新的替代路線。


Z-Wave 自舉


節(jié)點(diǎn)必須與其他節(jié)點(diǎn)配對才能組成網(wǎng)絡(luò)。此過程稱為加入(inclusion)。HomeID 是一個唯一 32 位標(biāo)識符用于區(qū)分不同網(wǎng)絡(luò)。NodeID 在網(wǎng)絡(luò)中是唯一的。NodeID 是一個 8 位的短地址。第一個節(jié)點(diǎn)將 NodeID 分發(fā)給所有其他加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)。在加入(inclusion)期間, 節(jié)點(diǎn)使用初始化的NodeID(0x00)和一個隨機(jī)的偽的唯一 HomeID 進(jìn)行標(biāo)識。


3.5

Wi-SUN


3.5.1

簡介


Wi-SUN 是Wireless Smart Utility Network 的縮寫,是一種基于 IEEE 802.15.4g 標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)技術(shù),由 Wi-SUN 聯(lián)盟推廣,Wi-SUN 是為公用事業(yè)、智慧城市和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計的無線通信技術(shù)。Wi-SUN 網(wǎng)絡(luò)支持星型和網(wǎng)狀拓?fù)湟约靶切?網(wǎng)狀混合部署,但通常布局為網(wǎng)狀拓?fù)?,其中每個節(jié)點(diǎn)都為網(wǎng)絡(luò)中繼數(shù)據(jù)以提供網(wǎng)絡(luò)連接性。


目前,Wi-SUN 技術(shù)主要應(yīng)用在兩個領(lǐng)域:客戶端場域網(wǎng)絡(luò)(Field Area Network, FAN) 和家庭客戶端場域網(wǎng)絡(luò)(Home Area Network, HAN)


 客戶端場域網(wǎng)絡(luò)(Field Area Network, FAN) - 面向于大型場域中的設(shè)施,如智能電網(wǎng)、智能路燈等,讓公共設(shè)施聯(lián)機(jī)到相同場域網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)互操作性

 家庭客戶端場域網(wǎng)絡(luò)(Home Area Network, HAN)- 通過家庭智慧能源管理(HEMS) 控制器,可將智能家電與智能電表串聯(lián),除能實(shí)時監(jiān)控智能家電用電量外,也可通  過智能電表互通到 FAN 的智能城市等應(yīng)用,完善智能家庭布建環(huán)境。


Wi-SUN 目標(biāo)應(yīng)用有:


 智能公用事業(yè):高級計量基礎(chǔ)架構(gòu)(AMI)、峰值負(fù)載管理、配電自動化和智能計量

 智慧城市:基礎(chǔ)設(shè)施管理、街道照明、停車、交通和運(yùn)輸系統(tǒng)

 智能家居:智能恒溫器、空調(diào)、供暖、能耗顯示以及健康和福祉應(yīng)用

M2M:農(nóng)業(yè)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)控(例如橋梁,建筑物等)、監(jiān)控和資產(chǎn)管理


3.5.2

技術(shù)


Wi-SUN 中國使用頻段


根據(jù)WI-SUN 官方的說明,中國使用了 470-510MHz、779-787MHz 和 920.5-924.5MHz頻段。



Wi-SUN Stack


Wi-SUN FAN 節(jié)點(diǎn)可以工作在 PHY 中定義的任何區(qū)域頻段內(nèi),無線電符合各國的無線電法規(guī)。MAC 層支持單播和廣播幀傳輸?shù)男诺捞儭?捎眯诺揽倲?shù)由區(qū)域頻段和信道間隔決定。節(jié)點(diǎn)還可以選擇從其跳躍序列中排除一組信道。信道功能定義了一種方法,該方法用于從可用 PHY 信道列表中確定節(jié)點(diǎn)在給定時間運(yùn)行的特定通道。生成的跳頻計劃將通告給鄰居??梢詫?shí)現(xiàn)各種信道功能,包括 TR51 [ANSITIA-4957.200]、直接哈希、固定通道和供應(yīng)商定義的信道功能。


Wi-SUN FAN的PHY 層支持50-300kbps 的數(shù)據(jù)速率。Wi-SUN 設(shè)備支持低延遲(0.02s) 和頻繁(每 10 秒一次)通信。


下圖是Wi-SUN FAN 與 OS(I  Open System Interconnection)放式系統(tǒng)互聯(lián)的對比情況:


3.6

Wireless M-Bus


3.6.1

簡介


Wieless M-Bus 或Wireless Meter Bus 是一個歐洲標(biāo)準(zhǔn)(EN 13757-4),主要用于儀表及其遠(yuǎn)程讀數(shù)的通信系統(tǒng),如氣表、水表等類型儀表,其源自 M-Bus 總線標(biāo)準(zhǔn)。Wireless M- Bus 雖然是針對智能計量應(yīng)用開發(fā),但經(jīng)過多年的發(fā)展,也同樣適用于工業(yè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。


Wireless M-Bus 主要特點(diǎn):

· 星型網(wǎng)絡(luò)

· 輕量協(xié)議,低功耗低成本

· 支持單向或雙向通信

· 868MHz、433MHz、169MHz 頻率

· 支持 AES-128 加密和身份驗證

· 工作在免許可證的 ISM 頻段上

· 數(shù)據(jù)速率 2.4 kbps 到 100 kbps

· 在 868MHz 實(shí)際通信距離可達(dá) 500 米;169MHz 頻率時,可達(dá) 2000 米

· 電池壽命可達(dá) 15-20 年


CEN/TC(技術(shù)委員會)294 負(fù)責(zé)制定和發(fā)布描述完整 M-Bus 協(xié)議的歐洲 EN 13757 標(biāo)準(zhǔn)。EN 13757 包含七個部分,其中包括 EN 13757-4,用于公用事業(yè)儀表與集中器或智能儀表網(wǎng)關(guān)之間無線電通信的Wireless M-Bus 規(guī)范。


· EN 13757-1: 儀表和采集器之間的基本數(shù)據(jù)通信

· EN 13757-2: 有線 M-Bus 的物理層要求

· EN 13757-3: 應(yīng)用層

· EN 13757-4: Wireless M-Bus 的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層

· EN 13757-5: 距離增強(qiáng)的中繼和路由

· EN 13757-6: 用于短距離有線鏈路的本地Wireless M-Bus

· EN 13757-7: 用于儀表和儀表遠(yuǎn)程讀取的通信系統(tǒng)的傳輸和安全服務(wù)


3.6.2

技術(shù)


Wireless M-Bus 對比IOS/OSI 參考模型,僅實(shí)現(xiàn)了物理層、數(shù)據(jù)鏈路、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。OSI 模型的四到六層為空。



應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)了特定設(shè)備要求的所有其他協(xié)議層。如果需要路由,那么可以在應(yīng)用層中實(shí)現(xiàn)。減少了模塊有利于使用最少計算資源在小型設(shè)備上運(yùn)行,但也使得 Wireless M-Bus 無法使用標(biāo)準(zhǔn)的路由協(xié)議。M-Bus 支持非對稱網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌环矫婵梢允褂玫统杀净虻凸牡挠嬃吭O(shè)備,另一方面使用具有更高性能的數(shù)據(jù)采集器或網(wǎng)關(guān)。目前,僅支持點(diǎn)對點(diǎn)或星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?,不支持網(wǎng)狀或多跳拓?fù)洹?/span>


3.7

ChirpWAN


3.7.1

簡介


ChirpIOT 是磐啟自主研發(fā)物聯(lián)網(wǎng)無線擴(kuò)頻通信平臺,通過多維度傳輸調(diào)制技術(shù),可有效降低網(wǎng)絡(luò)通信干擾,增加網(wǎng)絡(luò)容量。ChirpWAN 是磐啟基于Chirp-IOT 通信芯片開發(fā)的一種低功耗廣域網(wǎng)通訊協(xié)議。ChirpWAN 協(xié)議采用安全可靠的雙向通信,通過對終端設(shè)備進(jìn)行協(xié)議優(yōu)化,降低終端節(jié)點(diǎn)協(xié)議開銷,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)低功耗,通信高安全,同時支持星狀拓?fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)湟约靶菭?網(wǎng)狀混合部署,滿足智慧樓宇、智能家居、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工廠等多種應(yīng)用場景需求,實(shí)現(xiàn)了終端更低功耗、連接更穩(wěn)定、數(shù)據(jù)更安全、覆蓋更廣泛的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。


ChirpWAN 技術(shù)特點(diǎn)

 覆蓋范圍 – 采用磐啟自主研發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)無線擴(kuò)頻通信平臺 Chirp-IOT,實(shí)現(xiàn)超高靈敏度,在城市環(huán)境中可實(shí)現(xiàn) 3-10km 穩(wěn)定傳輸

 超低功耗 - 對終端設(shè)備進(jìn)行協(xié)議優(yōu)化,使得設(shè)備在單個生命周期中絕大部分時間處于深度休眠狀態(tài),降低終端節(jié)點(diǎn)協(xié)議開銷,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)低功耗

 抗干擾技術(shù) – 支持多維度傳輸技術(shù),有效降低網(wǎng)絡(luò)通信干擾,增加網(wǎng)絡(luò)容量,同時支持跳頻技術(shù),增強(qiáng)抗干擾能力,提高網(wǎng)絡(luò)吞吐容量

 網(wǎng)絡(luò)安全 - 增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)加密協(xié)議,保證數(shù)據(jù)安全傳輸

 組網(wǎng)能力 - 帶自愈功能的網(wǎng)絡(luò)自組技術(shù),組網(wǎng)靈活,消除網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)

 優(yōu)化路由協(xié)議 -  支持各種路由協(xié)議,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)之間高效端對端穩(wěn)定連接,同時優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)同步技術(shù),抑制 Mesh 泛洪問題,有效降低廣播風(fēng)暴,減少路由等能量消耗

 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定 - 優(yōu)化空間傳輸結(jié)構(gòu),自動空間碰撞檢測回避技術(shù),多級全方位的防誤措施,避免各種干擾和異常狀況對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的影響,保證網(wǎng)絡(luò)傳輸穩(wěn)定

 動態(tài)最優(yōu)路徑 – 基于邊緣計算的智能路徑選擇,實(shí)現(xiàn) mesh 高可靠快速傳輸


3.7.2

技術(shù)


ChirpWAN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中包含了終端、中繼、基站、IOT 服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器五個部分。終端采用磐啟Chirp-IOT 通信模組,實(shí)現(xiàn)低功耗遠(yuǎn)距離的傳輸,同時通過對協(xié)議優(yōu)化,降低終端節(jié)點(diǎn)協(xié)議開銷,實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)低功耗。中繼設(shè)備由終端節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn),根據(jù)多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),各層終端節(jié)點(diǎn)之間自動匹配成隸屬關(guān)系,實(shí)現(xiàn)自動中繼?;驹O(shè)備是無線網(wǎng)絡(luò)和 IOT 服務(wù)器之間的網(wǎng)關(guān),實(shí)現(xiàn)服務(wù)器信令下行,終端節(jié)點(diǎn)信息的上行采集。IOT 服務(wù)器負(fù)責(zé)設(shè)備接入,基站、中繼及終端的業(yè)務(wù)控制和數(shù)據(jù)管理,并給應(yīng)用服務(wù)器提供數(shù)據(jù)接口。應(yīng)用服務(wù)器主要負(fù)責(zé)接收并處理上行的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),并提供下行的業(yè)務(wù)指令隊列。





04


市場概況


4.1

無線連接技術(shù)


根據(jù) IHS Markit 在 2018 年的一份《連接技術(shù)》報告中顯示,有線技術(shù)仍在物聯(lián)網(wǎng)連接中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。對電池壽命、信號深度覆蓋和移動性的要求將會推動低功耗和蜂窩技術(shù)的發(fā)展。


 有線技術(shù)占 2017 年連接性集成電路出貨量的 40%,反映出以太網(wǎng)在傳統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用領(lǐng)域中的強(qiáng)勢地位,如工業(yè)自動化、照明和電力以及能源。

WLAN、藍(lán)牙和 Zigbee 在家庭自動化和家庭消費(fèi)電子產(chǎn)品領(lǐng)域占有一席之地。

 大量的物聯(lián)網(wǎng)用例正在推動對蜂窩以及低功耗無線的需求。



網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)是以有線網(wǎng)絡(luò)組建而成的互聯(lián)網(wǎng),有線是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)性的連接,無線接入網(wǎng)絡(luò)(Wireless Access Network, WAN)是有線網(wǎng)絡(luò)的延伸。對低功耗、組網(wǎng)、設(shè)備移動性的需求,將會大大促進(jìn)無線接入網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。尤其是近幾年比較熱的低功耗無線接入網(wǎng)絡(luò)(LPWAN, Low Power Wireless Access Network)。對于廣域應(yīng)用而言,亦可稱之為低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)(Low Power Wide Access Network)。


根據(jù) IHS Markit 公司的預(yù)測,2017 年全球 LPWAN 連接數(shù)量為 8753.7 萬個,預(yù)計到2023 年可達(dá) 171698.4 萬個,2017-2023 年復(fù)合增長率(CAGR)為 64%。



4.2

無線電發(fā)射設(shè)備概況


根據(jù) 2014 年 3 月 7 日到 2019 年 2 月 25 日期間工業(yè)和信息化部無線電發(fā)射設(shè)備銷售備案信息平臺的型號核準(zhǔn)信息,對 Sub-1GHz 無線電發(fā)射設(shè)備相關(guān)情況進(jìn)行簡單地統(tǒng)計梳理。



將無線電發(fā)射設(shè)備按頻率劃分為 2.4GHz/5.8GHz、Sub-1GHz、Sub-1GHz/2.4GHz 和其他四類。Sub-1GHz 無線電發(fā)射設(shè)備占比24%,Sub-1GHz/2.4GHz 雙頻率無線電發(fā)射設(shè)備占比19%。其中,包含 Sub-1GHz 頻段的無線電發(fā)射設(shè)備總計占比43%。



Sub-1GHz 無線電發(fā)射設(shè)備類型占比情況,公眾網(wǎng)移動通信設(shè)備占比64%,占比最高;專用通信設(shè)備占比16%;短距離無線電設(shè)備占比15%;廣播發(fā)射設(shè)備占比 4%;其他設(shè)備占比1%。



Sub-1GHz 微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備類型占比情況,通用微功率設(shè)備占比達(dá)37%, 通用無線遙控設(shè)備占比33%,民用計量儀表占比13%,生物醫(yī)學(xué)遙測和醫(yī)療植入及相關(guān)配套設(shè)備占比9%,無線傳聲器占比6%,工業(yè)用無線遙控設(shè)備占比2%,模型無線電遙控設(shè)備占比0.35%。



根據(jù) Sub-1GHz 無線電發(fā)射設(shè)備生產(chǎn)廠家地區(qū)數(shù)量分布情況,主要集中在深圳市、北京市、上海市、廣東省、江蘇省、浙江省、福建省、四川省、山東省等地。尤其是以深圳的生產(chǎn)廠家最多,超過 1000 家。


4.3

調(diào)制方式


根據(jù)市場上的射頻收發(fā)器產(chǎn)品(包含單發(fā)/單收)對其調(diào)制方式進(jìn)行統(tǒng)計分析。



目前,市場上射頻收發(fā)器所支持主要的調(diào)制方式 OOK 占比達(dá)30%,F(xiàn)SK 占比24%,GFSK占比19%,ASK 占比18%。其中,OOK 為射頻收發(fā)器支持最多的調(diào)制方式。


4.4

市場應(yīng)用


根據(jù)目前市場上射頻收發(fā)器產(chǎn)品所面向的目標(biāo)市場應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)計整理,將其分類為:照明、玩具、無線抄表、智能家居、汽車、工業(yè)、門禁、安防、遙控器、無線通信等類別。每個類別說明如下:



Sub-1GHz 射頻收發(fā)器主要市場應(yīng)用集中在:安防、智能家居、門禁、工業(yè)、遙控器、汽車、照明、無線通信、住宅/樓宇、無線抄表、玩具等應(yīng)用上。


4.5

產(chǎn)業(yè)鏈


根據(jù) Sub-1GHz 頻段無線市場應(yīng)用的特點(diǎn),可將產(chǎn)業(yè)鏈分為上中下游,即傳感、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用。上游包括傳感器、處理器、射頻收發(fā)器和無線模組;中游包括無線網(wǎng)絡(luò)方案商、無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商、物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)商;下游包括系統(tǒng)集成商和應(yīng)用服務(wù)商。



傳感包括傳輸和感知,為應(yīng)用提供各種各樣的傳感終端產(chǎn)品。處理器主要還是以微控制(MCU)為主,其與傳感器和射頻收發(fā)器靈活搭配出各種各樣功能的產(chǎn)品。在無線射頻集成電路產(chǎn)品上,出現(xiàn)了 SoC 產(chǎn)品化的趨勢,MCU 與射頻收發(fā)器集成到了一個芯片,甚至是傳感器。近幾年來系統(tǒng)級封裝(SiP)也助推了異質(zhì)復(fù)雜的產(chǎn)品形態(tài)。無線模塊仍是一個有價值的產(chǎn)品形態(tài)。無線模塊規(guī)?;少徍蜕a(chǎn)有利于降低產(chǎn)品成本,而無線模塊設(shè)計也存在一定的門檻,并不是每個人都可以做無線射頻產(chǎn)品的測試和驗證,需要具備一定的實(shí)驗條件。物聯(lián)網(wǎng)方案提供商往往也會集成通信協(xié)議在模塊上提供模塊化產(chǎn)品,無線模塊的采用也會降低應(yīng)用開發(fā)的難度和加速產(chǎn)品上市時間。


網(wǎng)絡(luò)部分,Sub-1GHz 無線產(chǎn)品以無線遙控、控制應(yīng)用為主,以通信、監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集為主的應(yīng)用隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用而迅速發(fā)展,無線連接設(shè)備的數(shù)量也呈規(guī)?;l(fā)展,比較典型的是無線抄表的應(yīng)用。無線組網(wǎng)技術(shù)得到了很大的發(fā)展,尤其是以 LoRaWAN 為代表的 LPWAN 技術(shù),出現(xiàn)了很多無線網(wǎng)絡(luò)方案商。無線網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的出現(xiàn)引起了各行各業(yè)的關(guān)注,騰訊、阿里等公司提供了新的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)平臺,云服務(wù)平臺加速了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的應(yīng)用。在國外如 Sigfox 等公司借助 ISM 免授權(quán)頻段,組建低功耗物聯(lián)網(wǎng)絡(luò),像蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商一樣,出現(xiàn)了一些無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商。在國內(nèi)對于無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商仍有待于觀察。


無線網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,無線組網(wǎng)方案為系統(tǒng)集成商和應(yīng)用服務(wù)商提供了新的工具。為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了有力支撐。




05


政策法規(guī)


根據(jù)《中華人民共和國無線電管理條例》第三條:“無線電頻譜資源屬于國家所有。國家對無線電頻譜資源實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃、合理開發(fā)、有償使用的原則。


隨著物聯(lián)網(wǎng)無線連接技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用,無線電早已廣泛應(yīng)用到我們的工作和日常生活的中。如同汽車需要道路行駛一樣,無線電通信也需要占有一定的頻譜資源來進(jìn)行通信。而無線電頻譜資源是一種有限的資源,無線電設(shè)備應(yīng)用的增增多,使得無線電空中通道就會越來越擁擠,為保障各類無線電業(yè)務(wù)的正常開展,就需要對無線電進(jìn)行管理。


5.1

無線電管理機(jī)構(gòu)


根據(jù)《中華人民共和國無線電管理條例》,我國無線電管理機(jī)構(gòu)有:國家無線電管理機(jī)構(gòu)、中國人民解放軍電磁頻譜管理機(jī)構(gòu)、自治區(qū)/直轄市無線電管理機(jī)構(gòu)、國務(wù)院有關(guān)部門的無線電管理機(jī)構(gòu)。


工業(yè)和信息化部無線電管理局(國家無線電辦公室) - 編制無線電頻譜規(guī)劃;負(fù)責(zé)無線電頻率的劃分、分配與指配;依法監(jiān)督管理無線電臺(站);負(fù)責(zé)衛(wèi)星軌道位置協(xié)調(diào)和管理;協(xié)調(diào)處理軍地間無線電管理相關(guān)事宜;負(fù)責(zé)無線電監(jiān)測、檢測、干擾查處,協(xié)調(diào)處理電磁干擾事宜,維護(hù)空中電波秩序;依法組織實(shí)施無線電管制;負(fù)責(zé)涉外無線電管理工作。


國家無線電監(jiān)測中心/國家無線電頻譜管理中心 - 國家無線電監(jiān)測中心(國家無線電頻譜管理中心)為工業(yè)和信息化部直屬公益一類事業(yè)單位,受部委托,其主要職責(zé)是:

(一)按照《中華人民共和國無線電管理條例》的規(guī)定,作為國家無線電管理技術(shù)機(jī)構(gòu),承擔(dān)無線電頻率和衛(wèi)星軌道資源、無線電臺(站)、無線電發(fā)射設(shè)備管理及涉外無線電管理相關(guān)技術(shù)工作,為國家無線電管理提供支撐保障。

(二)承擔(dān)短波、空間業(yè)務(wù)無線電信號監(jiān)測及干擾源定位工作,查找未經(jīng)許可設(shè)置、使用的相關(guān)無線電臺(站);監(jiān)測相關(guān)無線電臺(站)是否按國際規(guī)則、我國與其他國家簽訂的協(xié)議、行政許可事項和要求等開展工作。

(三)承擔(dān)國家無線電管理軍民融合發(fā)展相關(guān)技術(shù)工作和電磁頻譜領(lǐng)域國防動員相關(guān)任務(wù);參與北京地區(qū)超短波、微波頻段的無線電監(jiān)測工作;根據(jù)需要,承擔(dān)國家重大任務(wù)無線電安全保障工作。

(四)承擔(dān)國家無線電管理機(jī)構(gòu)相關(guān)技術(shù)工作信息系統(tǒng)的建設(shè)運(yùn)維工作。

(五)開展無線電管理相關(guān)政策、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范、數(shù)據(jù)應(yīng)用等的研究工作, 提出政策建議。

(六)為各省(區(qū)、市)無線電管理工作提供技術(shù)指導(dǎo)。

(七)承辦工業(yè)和信息化部交辦的其他事項。


中國人民解放軍無線電管理機(jī)構(gòu) - 負(fù)責(zé)軍事系統(tǒng)的無線電管理工作,其主要職責(zé)是:

(一)參與擬訂并貫徹執(zhí)行國家無線電管理的方針、政策、法規(guī)和規(guī)章,擬訂軍事系統(tǒng)的無線電管理辦法;

(二)審批軍事系統(tǒng)無線電臺(站)的設(shè)置,核發(fā)電臺執(zhí)照;

(三)負(fù)責(zé)軍事系統(tǒng)無線電頻率的規(guī)劃、分配和管理;

(四)核準(zhǔn)研制、生產(chǎn)、銷售軍用無線電設(shè)備和軍事系統(tǒng)購置、進(jìn)口無線電設(shè)備的有關(guān)無線電管理的技術(shù)指標(biāo);

(五)組織軍事無線電管理方面的科研工作,擬制軍用無線電管理技術(shù)標(biāo)準(zhǔn);

(六)實(shí)施軍事系統(tǒng)無線電監(jiān)督和檢查;

(七)參與組織協(xié)調(diào)處理軍地?zé)o線電管理方面的事宜。


省、自治區(qū)、直轄市和設(shè)區(qū)的市無線電管理機(jī)構(gòu) - 在上級無線電管理機(jī)構(gòu)和同級人民政府領(lǐng)導(dǎo)下,負(fù)責(zé)轄區(qū)內(nèi)除軍事系統(tǒng)外的無線電管理工作。其主要職責(zé)是:

(一)貫徹執(zhí)行國家無線電管理的方針、政策、法規(guī)和規(guī)章;

(二)擬訂地方無線電管理的具體規(guī)定;

(三)協(xié)調(diào)處理本行政區(qū)域內(nèi)無線電管理方面的事宜;

(四)根據(jù)審批權(quán)限審查無線電臺(站)的建設(shè)布局和臺址,指配無線電臺(站)的頻率和呼號,核發(fā)電臺執(zhí)照;

(五)負(fù)責(zé)本行政區(qū)域內(nèi)無線電監(jiān)測。國務(wù)院有關(guān)部門的無線電管理機(jī)構(gòu) - 負(fù)責(zé)本系統(tǒng)的無線電管理工作,其主要職責(zé)是:

(一)貫徹執(zhí)行國家無線電管理的方針、政策、法規(guī)和規(guī)章;

(二)擬訂本系統(tǒng)無線電管理的具體規(guī)定;

(三)根據(jù)國務(wù)院規(guī)定的部門職權(quán)和國家無線電管理機(jī)構(gòu)的委托,審批本系統(tǒng)無線電臺(站)的建設(shè)布局和臺址,指配本系統(tǒng)無線電臺(站)的頻率、呼號,核發(fā)電臺執(zhí)照;

(四)國家無線電管理機(jī)構(gòu)委托行使的其他職責(zé)。


5.2

無線電管理法律法規(guī)體系


我國無線電管理政策法規(guī)可以分為,法律法規(guī)、部門規(guī)章、規(guī)范性文件和地方管理法律規(guī)章。


行政法規(guī):《中華人民共和國無線電管理條例》、《中華人民共和國無線電管制規(guī)定》  部門規(guī)章:《中華人民共和國頻率劃分規(guī)定》、《無線電臺站執(zhí)照管理規(guī)定》、《業(yè)余無線電臺管理辦法》規(guī)范性文件:《無線電管理收費(fèi)規(guī)定》、《無線電頻率占用費(fèi)管理辦法》、《無線電管理處罰規(guī)定》


5.3

無線電頻率管理


根據(jù)《無線電頻率使用許可管理辦法》第三條“無線電頻譜資源屬于國家所有,實(shí)行有償使用。”


我國對無線電頻率使用采取行政許可的管理方式,在使用無線電頻率前應(yīng)當(dāng)取得頻率使用許可,并由無線電管理機(jī)構(gòu)對無線電頻率使用行為進(jìn)行監(jiān)督檢查。


而根據(jù)《中華人民共和國無線電管理條例》第十四條第一項至第三項所列的規(guī)定, 下列頻率可以除外:

 業(yè)余無線電臺、公眾對講機(jī)、制式無線電臺使用的頻率;

 國際安全與遇險系統(tǒng),用于航空、水上移動業(yè)務(wù)和無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)的國際固定頻率;

 國家無線電管理機(jī)構(gòu)規(guī)定的微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備使用的頻率。




06


射頻收發(fā)器主要企業(yè)


6.1

上海磐啟微電子有限公司


6.1.1

公司簡介


上海磐啟微電子有限公司成立于 2010 年,是一家無線通訊及物聯(lián)網(wǎng)芯片設(shè)計企業(yè)??偛吭O(shè)于上海,并在蘇州和深圳分別設(shè)有研發(fā)中心及分公司。公司產(chǎn)品主要有:Chirp-IOT、藍(lán)牙BLE、通用無線、圖像處理等產(chǎn)品線。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于低功耗廣域網(wǎng)、電子貨架標(biāo)簽、室內(nèi)定位、智能家居、圖像傳輸、智能玩具、無線鍵鼠等應(yīng)用


公司擁有基于物聯(lián)網(wǎng)的無線擴(kuò)頻通信平臺 Chirp-IOT,該平臺創(chuàng)新地采用了多維度傳輸調(diào)制技術(shù),使得產(chǎn)品具有業(yè)界領(lǐng)先的性能、成本及可靠性?;诔凸?2.4GHz 技術(shù)的新零售貨架標(biāo)簽系統(tǒng)已成功落地阿里園區(qū)。公司推出了國內(nèi)第一款基于藍(lán)牙 AOA 技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng) xLOCATE 1.0,其定位精度可達(dá) 0.5~1.0 米,具有較高的定位精度及極低定位成本


6.1.2

主要產(chǎn)品


表 5 射頻收發(fā)器產(chǎn)品


6.2

北京曉程科技股份有限公司


6.2.1

公司簡介


公司成立于于 2000 年,致力于電力線載波芯片及相關(guān)集成電路產(chǎn)品的研發(fā)、銷售, 并面向電力行業(yè)用戶提供完整解決方案和技術(shù)服務(wù)。于 2010 年在深圳證券交易所上市。在海外市場,為終端客戶提供電力生產(chǎn)、配網(wǎng)擴(kuò)建、電網(wǎng)降損、電能計量等服務(wù);在國內(nèi)市場, 專注于載波芯片及相關(guān)集成電路技術(shù)研發(fā)。


6.2.2

主要產(chǎn)品



6.3

深圳市華普微電子有限公司


6.3.1

公司簡介


公司成立于 1998 年,專注于無線射頻和傳感器領(lǐng)域。無線射頻產(chǎn)品有射頻芯片、射頻COB 模塊、射頻應(yīng)用模塊、射頻元器件;傳感器產(chǎn)品有氣壓傳感器、溫濕度傳感器模塊、定制傳感器等。產(chǎn)品主要面向于安防系統(tǒng)、無線抄表、家居智能、汽車電子、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、智能健康等應(yīng)用領(lǐng)域。


6.3.2

主要產(chǎn)品



6.4

蘇州中科沿芯微電子科技有限公司


6.4.1

公司簡介


公司成立于 2014 年 9 月,是一家 Fabless IC 集成電路設(shè)計公司,致力于射頻通信芯片及系統(tǒng)模塊的研發(fā),總部位于江蘇省張家港市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū),分公司位于上海市浦東新區(qū)臨港科技園。產(chǎn)品主要有無線芯片、無線終端和電機(jī)驅(qū)動高壓芯片等。其產(chǎn)品和解決方案主要面向物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。公司是國內(nèi)外唯一一家可實(shí)現(xiàn)符合多標(biāo)準(zhǔn)超高頻設(shè)備識別(UHF RFID)讀寫器芯片的高科技公司。


6.4.2

主要產(chǎn)品



6.5

青島東軟載波科技股份有限公司


6.5.1

公司簡介


公司自 1996 年起開展電力線載波通信技術(shù)研究,2000 年推出了第一代電力線載波通信芯片。公司主要產(chǎn)品線有:商秘安全芯片、通用 MCU 芯片、智能電網(wǎng)芯片(ASIC)、無線射頻芯片及電容式觸控芯片產(chǎn)品。其中,MCU 產(chǎn)品線及 ASIC 產(chǎn)品線為公司生產(chǎn)營銷的主要產(chǎn)品線。主要面向能源互聯(lián)網(wǎng)、智能化等新興領(lǐng)域。


6.5.2

主要產(chǎn)品



6.6

合泰半導(dǎo)體


6.6.1

公司簡介


合泰半導(dǎo)體成立于 2012 年,隸屬臺灣盛群半導(dǎo)體(HOLTEK SEMICONDUCTOR INC.)集團(tuán),總部位于中國廣東東莞松山湖,負(fù)責(zé) HOLTEK 產(chǎn)品在中國之研發(fā)、生產(chǎn)、銷售及售后服務(wù)。合泰半導(dǎo)體營業(yè)范圍主要包括單片機(jī)(MCU) IC 及其周邊組件的設(shè)計、研發(fā)與銷售。產(chǎn)品范圍包括有泛用型與專用型微控制器(MCU),涵蓋觸控、健康量測、工業(yè)控制/儀表、計算機(jī)外設(shè)、家電、車用及安全監(jiān)控等應(yīng)用領(lǐng)域,此外并提供各種電源管理、LCD/LED 驅(qū)動/控制、RF 通訊芯片與各類型傳感器模塊等外圍組件。


6.6.2

主要產(chǎn)品



6.7

笙科電子股份有限公司


6.7.1

公司簡介


笙科是一家專業(yè)的 RF 芯片設(shè)計公司,一直專注研發(fā) CMOS 制程的 RF 半導(dǎo)體芯片。產(chǎn)品應(yīng)用廣泛,在 PC 應(yīng)用方面,如:無線 鼠標(biāo) / 鍵盤 / Vista RF 遙控器,以及 Wireless USB。在工業(yè)應(yīng)用方面,如:自動讀表、Zigbee、智能型建筑,以及工廠自動化控制。在消費(fèi)電子應(yīng)用方面,如:GPS、Bluetooth、PS / XBox 無線游戲控制器、以及無線對講機(jī)。在汽車電子應(yīng)用方面,如:汽車遙控器,汽車警告系統(tǒng),以及無線倒車影像系統(tǒng)。以及一些特殊的無線應(yīng)用,如:衛(wèi)星通訊接收器、智能型運(yùn)動器材、無線醫(yī)療儀器、以及WiMAX。


6.7.2

主要產(chǎn)品



產(chǎn)品主要應(yīng)用于智能電網(wǎng)中的無線智能電表、無線智能水表以及熱表、無線智能插座、車用防盜器、無線安全密碼鎖、加密型遙控卷簾門、智能建筑節(jié)能系統(tǒng)、無線餐飲管理、無線影音傳輸、ETC、AMR 無線自動讀表 (如無線熱表,燃?xì)獗淼鹊?、家庭自動化等。


6.8

深圳銳迪芯電子有限公司


6.8.1

公司簡介


深圳市銳迪芯電子有限公司是一家專業(yè)集成電路 IC 設(shè)計公司,致力于物聯(lián)網(wǎng),智能控制和無線通信類芯片及其無線控制應(yīng)用方案的研發(fā)。產(chǎn)品被應(yīng)用于智能家、LED 照明、安防報警、無線通信等眾多智能化控制物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。


6.8.2

主要產(chǎn)品



6.9

重慶中科芯億達(dá)電子有限公司


6.9.1

公司簡介


重慶中科芯億達(dá)電子有限公司由中國電子科技集團(tuán) 24 研究所和深圳中微半導(dǎo)體公司共同投資于 2009 年 12 月 23 日正式成立,是中國電子科技集團(tuán)重慶子集團(tuán)(中電科技集團(tuán)第24 研究所、第 26 研究所、第 44 研究所) 控股(旗下)的高科技產(chǎn)業(yè)公司,總部位于重慶;公司核心技術(shù)團(tuán)隊由子集團(tuán)優(yōu)秀的模擬集成電路設(shè)計人員、應(yīng)用研究技術(shù)人才以及具有國內(nèi)領(lǐng)先的數(shù)字電路設(shè)計團(tuán)隊組成。


公司產(chǎn)品及市場定位專注于工業(yè)及消費(fèi)類集成電路芯片的設(shè)計、開發(fā)、生產(chǎn)、產(chǎn)品銷售以及為客戶提供深度定制的整體技術(shù)解決方案和服務(wù)。具有兩條特色 6 寸工藝線支撐并充分利用國內(nèi)外 IC 代工線資源以及在家電及消費(fèi)類電子多年的市場積累、完善的市場服務(wù)管理支撐,致力于成為國內(nèi)領(lǐng)先的工業(yè)及消費(fèi)類 IC 芯片及方案供應(yīng)商。


公司主要的產(chǎn)品線有:8 位/32 位單片機(jī)系列、通用驅(qū)動系列 IC、家電專用驅(qū)動及控制系列 IC、電機(jī)驅(qū)動芯片、電源管理芯片、高性能信號處理芯片、舵機(jī)控制/驅(qū)動芯片、安防監(jiān)控芯片、ASIC 芯片。


6.9.2

主要產(chǎn)品


玩具遙控器專用電路 - 玩具遙控器專用電路專門用于遙控玩具車發(fā)射電路。該芯片采用先進(jìn)的CMOS 工藝制造,集成前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、加速等功能。

433MHz 通信芯片 – WL118/118S/WL121/WL119F/WL119C/WL480R/WL211 等。

主要應(yīng)用于無線門鈴、門禁、電動窗簾、卷簾門、遙控風(fēng)扇、照明開關(guān)、無線傳感數(shù)據(jù)傳輸、電動車防盜報警、家居安防報警、無線玩具




07


展 望


Sub-1GHz 頻段為不同無線電發(fā)射設(shè)備分配使用,呈現(xiàn)行業(yè)化應(yīng)用特點(diǎn),不同無線電發(fā)射設(shè)備規(guī)定的頻段不同,基本形成專用頻段和公用頻段兩部分,專用頻段主要面向國防、鐵路、公安、政府、電力等系統(tǒng)應(yīng)用。公用頻段可以分為許可頻段和免許可頻段,許可頻段如NB-IoT 等,免許可頻段主要是公眾對講機(jī)、微功率短距離無線電設(shè)備等。工信部 2019 年第 52 號文件-《微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備目錄和技術(shù)要求》為微功率短距離無線電發(fā)射設(shè)備提供了政策支撐。而隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展應(yīng)用,對無線電頻率的資源需求也越來越多,尤其是無線遠(yuǎn)距離的低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)。國外部分國家或地區(qū)基于 ISM 頻段形成了區(qū)域或國家的免許可無線網(wǎng)絡(luò),為物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模化組網(wǎng)應(yīng)用帶來了新的發(fā)展契機(jī)。國內(nèi)在微功率遠(yuǎn)距離方面還在探索發(fā)展中。


Sub-1GHz 射頻收發(fā)器應(yīng)用主要是以遙控、語音和數(shù)據(jù)通信為主。遙控是指單個或多個設(shè)備的無線控制,如門禁、遙控器和開關(guān)等應(yīng)用。語音則以對講機(jī)為主。Sub-1GHz 射頻收發(fā)器給以數(shù)據(jù)傳輸和通信為主物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用帶來了創(chuàng)新機(jī)遇,尤其是以 LoRa 射頻收發(fā)器(SX1278、SX1268 等)為代表的 Sub-1GHz 射頻收發(fā)器對中國物聯(lián)網(wǎng)市場影響比較大。無線組網(wǎng)、規(guī)?;瘧?yīng)用部署是數(shù)據(jù)通信應(yīng)用的主要特點(diǎn),主要的典型應(yīng)用是無線抄表(如氣表、水表等)。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)對 Sub-1GHz 射頻收發(fā)器有著更為廣泛的需求。


目前,低功耗物聯(lián)網(wǎng)的傳感器或設(shè)備供電方式電池是主流的搭配。隨著對電池長壽命的要求以及其他能量采集(如太陽能、無線能量傳輸?shù)龋┕╇姺绞降膽?yīng)用發(fā)展,應(yīng)用對 Sub- 1GHz 射頻收發(fā)器發(fā)射功耗的要求也越來越高,這將會是低功耗 Sub-1GHz 射頻收發(fā)器產(chǎn)品設(shè)計的一個挑戰(zhàn)。


Sub-1GHz 頻段上存在這各種無線通訊技術(shù),不同技術(shù)間的互聯(lián)互通仍還不夠充分。


Sub-1GHz 設(shè)備或產(chǎn)品的移動化、便攜化將會促進(jìn) Sub-1GHz 射頻收發(fā)器產(chǎn)品的應(yīng)用。而 Sub-1GHz 設(shè)備或產(chǎn)品也將會沿著無線化、網(wǎng)絡(luò)化繼續(xù)發(fā)展。隨著 NB-IoT、5G 和 Cat1 等蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,泛在無線網(wǎng)絡(luò),隨處連接,隨時計算將成為可能。免許可的 Sub- 1GHz 頻段是蜂窩網(wǎng)絡(luò)的補(bǔ)充,可以讓無線網(wǎng)絡(luò)更為廣泛。


聯(lián)盟對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了很大的推動作用。如 CLAA 和 ZETA 聯(lián)盟。CLAA 是中興通訊在 LoRa Alliance 支持下發(fā)起的中國 LoRa 應(yīng)用聯(lián)盟,匯聚了各行各業(yè)的企業(yè)參與,為產(chǎn)業(yè)發(fā)展注入了新的活力。ZETA 中國聯(lián)盟是基于縱行科技的 ZETA 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),吸引了國內(nèi)外物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游不同環(huán)節(jié)的公司和團(tuán)體廣泛地參與。聯(lián)盟統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同發(fā)展,有助于發(fā)揮企業(yè)各自的優(yōu)勢,形成合力加速行業(yè)應(yīng)用的發(fā)展。

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