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关于《微功率短距离无线电设备技术要求征求意见稿》深度分析
 

  一、微功率物联网产业分析

  2010年10月,国务院发布了《关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》,把物联网列入国家首批加快培育的七个战略性新兴产业之一。这标志着物联网被列入国家发展战略,对中国物联网的发展具有里程碑意义。工业和信息化部积极落实国家发展战略,先后出台了《“十二五”物联网发展规划》和《物联网“十三五”规划》,对我国物联网产业的发展起到了良好的培育和推进作用。

  工信部无线电管理局高瞻远瞩,早在2005年就主导制定了《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》,创造性地开辟了微功率短距离无线电物联业务,使得微功率频段成为了物联网战略的主战场。据粗略统计,我国目前在线运行的微功率无线电物联网设备规模巨大,数以亿计,占据国内物联网产业的大半壁江山,其中绝大部分设备工作于470-510MHz微功率频段。这些微功率物联网设备被广泛应用于智能制造、智慧农业、智慧公用事业、智慧城市、智能家居等众多领域,为工农业生产、公用事业保障和百姓的物资文化生活提供了全方位的服务,特别是微功率无线民用计量仪表的应用与百姓的生活息息相关,人们用电、喝水、做饭、取暖都离不开,已经成为不可或缺的应用。微功率无线电业务的开展有力地推动了我国物联网产业发展,取得了巨大的经济效益和社会效益。

  2016年修订的《无线电管理条例》进一步取消了微功率短距离无线电设备的用频审批、执照申请和型号核准,极大地减轻了用户和设备供应商的负担,进一步促进了物联网产业快速发展。可以毫不夸张地说,我国的物联网产业能够走在世界的前列,微功率无线电业务居功至伟,各级无线电监管部门功不可没。

  但是,应该看到,随着物联网产业的飞速发展,各行各业的物联网创新应用如雨后春笋般涌现,无线物联网设备产销量突飞猛进,随之而来的是对频率资源的需求与日俱增,业界热切地盼望国家无线电管理部门进一步挖掘和开放微功率无线电频率资源,科学、包容地定义微功率无线电业务门类及其技术要求,营造更好的资源环境,为物联网产业发展再立新功,用实际行动践行党的十九大报告提出的“支持民营企业发展,激发各类市场主体活力”的要求。

  二、中国微功率物联网监管

  由于历史原因,中国没有专用的ISM物联网频段,但是基于《微功率短距离无线电设备技术要求》标准发布,给仪表计量提供了很好的应用场景,而仪表计量是物联网核心应用,经过近二十年的发展,已经形成了事实上470-510MHzISM物联网频段,应用扩展到抄表、计量、监控等主流物联网应用场景。无线电管理局前期470-510MHz频段较为宽松的使用政策,事实上极大地促进了我国物联网应用的大力发展。

  众所周知,无线电设备的使用最忌讳的是相互之间产生射频干扰,特别是微功率无线电设备由于运行于其它主营业务的运行频段,更不得干扰主营业务运行。这是无线电监管的重要出发点,令人欣慰的是,工作于470-510MHz频段的上亿台微功率民用计量设备在网运行十余年的时间里,从未发生过因对其它合法无线电设备产生干扰而被投诉和处罚的问题。微功率民用计量设备之所以在数量众多、运行时间漫长的情况下,依然能够保持所在的无线电环境秩序井然,得益于完善的标准和先进的技术。

  在微功率无线电业务开展的十余年中,孕育了众多的国家标准、行业标准和企业标准,其中与微功率民用计量仪表相关的标准有国家标准GB/T26831.4-2017、GB/T26831.5-2017;电力行业DL/T698.44-2016《电能信息采集与管理系统》;国家电网企标Q/GDW11016-2013《用电信息采集系统通信协议》、南方电网企业规范《计量自动化微功率无线通信技术要求》等。这些标准详细规范了微功率民用计量仪表组网应用的技术方案和指标要求,使得相关设备的研发和生产有章可循、有据可凭,保证了产品质量一致性,避免了产品射频兼容性隐患。

  技术创新是由“中国制造”走向“中国智造”的必经之路。党中央对技术创新非常重视,十九大报告明确提出要“深化科技体制改革,建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系,加强对中小企业创新的支持,促进科技成果转化”。物联网行业活跃着大量中小企业,在各行各业应用中进行物联网创新,企业的技术创新需要国家相关职能机关的大力扶持,提供创新的土壤。

  广大物联网行业企业期望无线电管理局继续坚持宽松的使用政策,坚持授权频段和非授权频段并重的频谱规划思路。基于470-510MHz频段大规模物联网应用的既成事实,充分发挥市场、行业联盟力量来自我约束,在此基础上加强安全监管;也可以考虑采用收费管理模式,参考香港、美国的经验,对于ISM频段付费使用,仅用于物联网应用,不能独占,并避免滥用。

  三、保持技术多样性促进物联网发展

  基于《微功率短距离无线电设备技术要求》近二十年的实施,已经有大量的抄表、计量、监控等物联网应用采用470-510MHz频段,并且已经广泛采用多频点、网关综合接入组网应用模式。如果只采用单频点,点对点应用模式,不能满足物联网基本应用需求,将导致大量已经开展的物联网应用无法再继续使用,与目前云计算、大数据的技术发展趋势背道而驰。

  目前物联网技术要求对无线计量仪表“限单频点使用,不能用于组网应用”说法相互矛盾。首先,无线计量仪表的网络技术架构必然如下图所示:

  图1无线计量仪表数据采集架构示意图

  数据采集服务器需要无线计量仪表的数据,不可能建立到每个仪表的点对点应用。例如民用水表/气表抄表应用,一个居民小区数百上台表,数据采集服务器如何实现数百个点对点连接?要出数百个天线么?点对点连接意味是网状网络,而对于任何规模通信系统必然是树状网络,分层网络,否则由于成本和工程因素无法组网。因此必然需要增加一个集中器/网关设备,由该设备统一接收一个区域内的民用计量仪表数据,再传送给采集服务器。由此推论,既然470—510MHz频段允许用于民用计量仪表,又不允许组网应用,那么怎么实施呢?我们再来分析下集中器/网关设备对其他设备的干扰情况。

  大家都知道一个无线设备对其他设备的干扰水平取决于该设备的发射功率、占用时间、占用带宽。对于民用计量仪表应用,主要是仪表发送数据,集中器/网关接收,同时集中器会发送少量的数据给仪表进行确认。因此集中器主要出于数据接收状态,很少处于发送状态。一个处于接收状态的设备对外界是没有干扰的,只有处于发送状态才会带来干扰。

  因此如果对集中器的发射能力控制在一个民用计量仪表的水平上,集中器对其他设备的干扰也等同于一个民用计量仪表。这就类似于一个地铁站,广播系统不工作,外界是感觉不到其存在的,广播系统的声音控制在低分贝上,外界感觉和一个人说话是没区别的。以目前使用广泛的LoRa技术为例,集中器芯片1301设计有多路接收通道,接收采用多频点方式,在不对其他仪表产生干扰的前提下能够大幅降低成本,提高频率使用效率;发射通道只有1路,集中器与一个民用计量仪表一致,只有一个Modem,并没有占用多个频点,也是单频点设备,减少对其他设备的干扰。

  另外,在微功率无线计量设备中广泛运用了频率感知、跳频通信、纠错编码和功率自适应等抗干扰和防干扰技术,做到了先听后发、主动避开繁忙频点,保证了既不产生干扰也不被干扰,维护了470-510MHz频段的良好电磁环境和用频秩序,没有必要因为担心干扰问题而对技术要求进行调整。

  据上述分析,只有采用集中器+无线计量仪表的组网方式才是470-510MHz最合理、最有效的使用方式,否则分配给无线计量仪表使用该频段变得没有意义,同时采用集中器组网应用并不会增加对其他设备的干扰水平。因此如果限制无线计量仪表“不能用于组网应用”将会导致该频段资源无法使用,宝贵的频谱资源被白白浪费掉。

  同运营商IoT网络比较,基于ISM频段的IoT网络覆盖范围区域化,部署实施方便,设备简洁,成本极低,但通信能力,QoS低于运营商IoT网络。因此ISM频段的物联网较适合于低端物联网设备使用,和运营商IoT网络可以相互补充,共同形成完善的物联网覆盖,这非常类似于WiFi网络和LTE网络的关系。

  物联网需求是碎片化的,运营商的IoT网络无法满足所有应用需求。同时允许ISM频段物联网组网,会形成一种服务由多种技术提供,相互竞争,相互促进,达到产业链成熟,降低成本的目的,为整个社会带来技术红利。

  因此允许ISM频段组网应用将会大大降低物联网部署成本,促进物联网的早日实施,从而提升整个社会的智能化水平。国际上物联网也都以运营商专有频段和ISM频段高低搭配,并行推动;如果限制ISM频段组网,如同移动宽带网络没有WiFi。

  如果新的“征求意见稿”正式执行,将会取消中国事实使用、以及潜在可用的物联网ISM频段,物联网建设和运营成本将大幅增加,中国将只剩下运营商组网一种模式,这对于中国物联网产业是一个重大打击,将极大限制中国物联网广泛应用和产业爆发,并最终导致中国在物联网领域极大落后于其它国家。即使重新规划分配新的物联网ISM频段,随着新标准落地、产品研发、认证、测试完成,将导致中国整个物联网产业白白丢失两年以上快速发展的大好时机。而且,由于前期470—510MHz频段的民用计量仪表没有被限制组网,已经形成大规模应用,现在再做禁止组网的修订,不仅国家的数千亿元投资面临浪费,还将影响物联网建设发展,给已享受便利服务的数亿百姓带来生活不便。

  四、欧美ISM频段对标分析

  目前国际上对ISM频段物联网组网都是允许的,共有如下频段资源:

  我们看到主要发达国家和地区都允许ISM频段物联网组网,都坚持运营商IoT网络和ISM频段IoT网络并行发展。特别是美国为物联网分配了26M频段资源,同时允许发射功率为1瓦,这为物联网的部署打下了很好的基础。美国目前为了5G和物联网先行,投入了巨大资源。就连我们的邻居韩国,在920-923MHzISM频段,也允许发射功率最高从原有14dBm提高到23dBm。由此可见这些国家对于LPWAN技术在ISM频段发展的重视程度。他们都将LPWA物联网技术作为下一代网络的关键技术来扶持培养。

  未来是一个万物互联的社会,各国竞争将日益激烈,经济竞争的背后是科技竞争。经过几十年努力,目前全球ICT科技上基本上呈现出中美领先的局面,如果我们在这个时刻禁止ISM频段物联网组网应用,将会导致中国失去来之不易的领先机会,在物联网应用上将会逐渐落后于美国等发达国家。

 

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