鄧麗莉， 駱 驍

（中國信息通信研究院西部分院， 重慶 401336）

1 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的作用分析

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展從最早的RFID 和藍牙技術(shù)，到ZigBee、WiFi，到現(xiàn)在的LoRa、SigFox、NB-IoT，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)成為推動物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的最主要因素之一。物聯(lián)網(wǎng)作為萬物互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)，需優(yōu)先解決不同應(yīng)用場景下，終端（傳感器）互聯(lián)互通的核心問題，物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)甚至決定網(wǎng)絡(luò)底層數(shù)據(jù)獲取方式，自下而上影響物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的發(fā)展在某種意義上并非“階梯式”發(fā)展，在通信范圍、終端接入數(shù)量、網(wǎng)絡(luò)帶寬、功耗能耗等關(guān)鍵技術(shù)發(fā)面，每個技術(shù)都作了不同的取舍以滿足不同的應(yīng)用范圍，不同應(yīng)用場景的業(yè)務(wù)需求成為物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)之間差異化發(fā)展的主要原因。

麥肯錫發(fā)布的《The Internet of Things:Mapping the Value Beyond the Hype（全球物聯(lián)網(wǎng)市場預(yù)測）》[1]對9 個物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)最具市場潛力的領(lǐng)域進行了總結(jié)概括，并對應(yīng)用場景、業(yè)務(wù)需求和相關(guān)產(chǎn)值進行了預(yù)測分析，詳見表1。

表1 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)9 個最具市場潛力的領(lǐng)域分析

2 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)類別、特點與用頻分析

2.1 物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)標準

物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展只有短短的二十幾年，期間卻出現(xiàn)了眾多物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的相關(guān)組織和聯(lián)盟。其中絕大部分的成立是因物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵通信技術(shù)的誕生，產(chǎn)業(yè)鏈上、中、下游的眾多廠商紛紛加入該類組織，促使產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈快速形成。據(jù)統(tǒng)計，從核心通信技術(shù)的誕生到相關(guān)組織的成立往往不超過3年時間，各組織紛紛推出自身標準。

2.2 各通信技術(shù)用頻對比分析

從下頁圖1 可以看出，現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)主要集中在100 MHz 以下頻段、400～500 MHz 頻段、800～900 MHz 頻段、2.4～5.8 GHz 頻段以及60 GHz頻段等。目前大部分的物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)主要使用的是免執(zhí)照頻段，其中1 GHz 以下的免執(zhí)照（或ISM即工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)學(xué)頻段）頻段更多。其中長距離的無線技術(shù)包括NB-IoT、eMTC、LoRa、SigFox、Weightless 等，主要采用了1 GHz 以下的頻段，容易實現(xiàn)廣域覆蓋。短距離通信技術(shù)主要包括WiFi、ZigBee、Z-WAVE、RFID 等，分布在各個頻段。

表2 典型物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)相關(guān)標準示意表

3 我國物聯(lián)網(wǎng)頻率規(guī)劃現(xiàn)狀及問題分析

3.1 我國物聯(lián)網(wǎng)頻率規(guī)劃情況

為滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于各種不同的應(yīng)用場景以及無線電技術(shù)的頻譜需求，物聯(lián)網(wǎng)頻率管理既有獨占頻率、共享頻率，也有新興低功耗廣域物聯(lián)網(wǎng)頻率。獨占頻率指應(yīng)用公眾移動通信網(wǎng)或行業(yè)專網(wǎng)，用于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)使用的頻率，如2G/3G/4G/5G公網(wǎng)用頻，無線數(shù)傳、無線接入等專網(wǎng)技術(shù)用頻。共享頻率主要指SRD（短距離通信設(shè)備）用頻，此類設(shè)備一般發(fā)射功率較小，作用范圍有限，一般采用免執(zhí)照管理。廣域物聯(lián)網(wǎng)頻率是近幾年LPWA（低功耗廣域技術(shù)）技術(shù)發(fā)展的新興網(wǎng)絡(luò)，移動通信運營商通常利用自身蜂窩網(wǎng)絡(luò)頻率部署廣域物聯(lián)網(wǎng)，非移動通信運營商通常采用免許可（SRD/RFID/ISM 等）頻段搭建。

3.1.1 物聯(lián)網(wǎng)獨占式頻率

現(xiàn)有我國物聯(lián)網(wǎng)獨占式頻率主要包括公網(wǎng)和行業(yè)專網(wǎng)兩部分，公網(wǎng)和專網(wǎng)中主要無線電系統(tǒng)對應(yīng)的頻率規(guī)劃情況如下頁表3 所示[2-5]。

表3 我國物聯(lián)網(wǎng)獨占式頻率

3.1.2 物聯(lián)網(wǎng)共享頻率

在信部無〔2005〕423 號《關(guān)于發(fā)布〈微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)要求〉的通知》中規(guī)定了我國微功率（短距離）無線電設(shè)備的技術(shù)指標[6]，將通用微功率設(shè)備按照使用頻段和發(fā)射功率分為七類（A～G），此外還針對13 種特定的微功率設(shè)備（通用無線遙控設(shè)備、無線傳聲器和民用無線電計量儀表、生物醫(yī)學(xué)遙測設(shè)備、無繩電話機等）規(guī)定了頻率和射頻指標。之后，我國陸續(xù)發(fā)布了相關(guān)文件對其它特定微功率設(shè)備的頻率進行了規(guī)劃，如400 MHz 生物醫(yī)學(xué)遙測設(shè)備、26 GHz 車載雷達、UWB、800 MHz 微功率設(shè)備等。

按照頻段情況，整理我國主要SRD 頻率規(guī)劃如如圖2 所示。

3.1.3 廣域物聯(lián)網(wǎng)頻率

基于蜂窩移動通信的物聯(lián)網(wǎng)均采用蜂窩移動通信網(wǎng)的授權(quán)頻率，我國明確了NB-IoT 和eMTC 的頻率使用管理相關(guān)規(guī)定。對于非授權(quán)頻段，目前國內(nèi)尚未規(guī)劃LoRa、SigFox 等非蜂窩LPWA 技術(shù)的使用頻率，各廠商和應(yīng)用企業(yè)主要使用頻段在1 GHz 以下，采用微功率（短距離）無線電設(shè)備頻段、ISM或RFID頻段，設(shè)備需遵循相關(guān)文件的技術(shù)要求。LoRa、Sig-Fox 等非蜂窩LPWA 技術(shù)使用頻率以800 MHz 和900 MHz 頻段為主。

3.2 當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)頻率使用的問題

目前，我國廣域物聯(lián)網(wǎng)除基于蜂窩移動通信網(wǎng)絡(luò)外，其余均使用非授權(quán)頻段（ISM、SRD 等頻段）。同時，LPWA 技術(shù)的使用按微功率設(shè)備管理政策管理，非授權(quán)頻段的使用主要存在以下問題：

1）與SRD 頻率使用特征不符。LPWA 技術(shù)使用微功率設(shè)備SRD 頻段時，因其功率譜密度大、覆蓋區(qū)域廣的特點，與微功率設(shè)備的“發(fā)射功率小、距離短，對其他無線電業(yè)務(wù)干擾風(fēng)險較低”的特征明顯相悖。

表4 3GPP 建議的NB-IoT 和eMTC 頻段號

2）缺乏管理細則，行業(yè)使用混亂。我國僅出臺了ISM、RFID、SRD 等無線電設(shè)備的技術(shù)要求，對于LPWA 技術(shù)的頻率使用缺乏相應(yīng)的管理細則。且國際上沒有任何國家和地區(qū)將廣播業(yè)務(wù)頻段用于部署LPWA。若在頻率使用上不及時加以規(guī)范,在對廣播、衛(wèi)星測控、雷達造成干擾風(fēng)險的同時，其自身也會受到大功率廣播電視發(fā)射臺的有害干擾，未來發(fā)展難以持續(xù)。

表5 我國SRD 和RFID 現(xiàn)有主要可用頻段

3）傳統(tǒng)的技術(shù)指標無法適應(yīng)新需求。我國欠缺非授權(quán)頻段廣域物聯(lián)網(wǎng)方面的深入研究，相關(guān)技術(shù)要求仍沿用多年前的指標，但隨著LPWA 技術(shù)在無線抄表、環(huán)境監(jiān)測、安防監(jiān)控、地震監(jiān)測、消防預(yù)警、智慧養(yǎng)老、智慧城市等方面的深入應(yīng)用，傳統(tǒng)的廣域物聯(lián)網(wǎng)頻譜技術(shù)和管理已經(jīng)無法適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的要求。

4 物聯(lián)網(wǎng)頻率使用及管理模式建議

4.1 加快低功率廣域物聯(lián)網(wǎng)頻率規(guī)劃

結(jié)合我國頻率規(guī)劃和使用現(xiàn)狀，加快研究800 MHz（821～824 /866～869 MHz）頻段和900 MHz（920～925 MHz）頻段用于LPWA 的可行性，發(fā)布低功率廣域物聯(lián)網(wǎng)頻率規(guī)劃征集意見稿，廣泛征集相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈對頻率規(guī)劃和使用的意見建議，盡快形成確定的規(guī)劃，以促進低功率廣域物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力建設(shè)。

4.2 頻率資源采用輕許可模式

對于低功率廣域物聯(lián)網(wǎng)頻率資源建議采用輕許可模式。輕許可模式頻率使用與ISM或SRD 頻率類似，如頻率的使用需保護授權(quán)頻譜的使用，不應(yīng)對其它授權(quán)無線電業(yè)務(wù)引起有害干擾，也不應(yīng)要求其它無線電業(yè)務(wù)的保護，不能因任何設(shè)備功能而使其技術(shù)參數(shù)的限值超過規(guī)定。

4.3 推進物聯(lián)網(wǎng)臺站管理模式創(chuàng)新

由于低功率廣域物聯(lián)網(wǎng)（LPWAN）系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)（或基地臺）最大發(fā)射功率可達到27 dBm 左右，雖然遠低于公眾移動通信、集群通信、DTT 等基站的發(fā)射功率，但也存在干擾其他臨頻或同頻無線電設(shè)備的可能性。因此低功率廣域物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)或基地臺不宜采用SRD 設(shè)備臺站的管理模式，也不太適宜完全采用諸如公眾移動通信、集群通信、DTT 等基站的管理模式，須創(chuàng)新臺站管理模式。