公众物联网的布建,需要LPWAN(Low-Power Wide-Area Networks;低功耗广域网路)的支持,而LPWAN的诸多传输特性与今日Wi-Fi、3G/4G不大相同,LPWAN重视低功耗的长时间电池运作、低资料传输率、远传输距离、多传输节点等。

频宽窄缩、调变退减的技术趋势路线不会变,甚至会更精进,可能还要数年时间才会停缓稳定。
频宽窄缩、调变退减的技术趋势路线不会变,甚至会更精进,可能还要数年时间才会停缓稳定。

为了实现这些,晶片业者、技术方案业者,不断强化收发器晶片的连结预算(Link Budget),一方面不断提升接收器的灵敏度,另一方面也尽可能节制发送器的发送功率,已经降到100微瓦、50微瓦等级。

除此之外,为了能在限定服务频宽内与多节点传输通讯,每个节点占用的频宽不能太多,必须尽可能少,甚至使用将调变方式简化,以延伸传输距离。因此,LPWAN方面的技术竞赛,反而变成一场与过往追求传输速率相反的精进路线。

过往为了快速传输,不断使用复杂的调变、不断拓增通道频宽,如Wi-Fi所用的IEEE 802.11ac从64QAM调变提升到256QAM,从20MHz、40MHz通道频宽,增至80MHz、160MHz频宽。

而现在,LTE-M期望将通道频宽从20MHz降至1MHz,进一步要降至200kHz,其他相近技术也有窄频化、超窄频化(Ultra-Narrow Band)的发展。这挺讽刺的,2002年开始发展超宽频(Ultra-Wide Band, UWB),期望成为短距离高速传输,但至今未有主流技术标准,反而是公众物联网开始引领超窄频。

LTE-M缩至200kHz似乎已很小,但其他LPWAN技术也不遑多让,IBM支持的LoRaWAN为125kHz,ARM支持的Weightless-P为12.5kHz,Weightless-N为200Hz,WAVIoT甚至低到100Hz,至于SigFox为专属技术,仅标注为超窄频,但未言明具体的通道频宽。

减少通道频宽外,调变方式也在「退化」,LoRaWAN使用GFSK调变以减少功耗、延伸传输距离,Weightless则使用BPSK、DBPSK、QBSK、16QAM等;SigFox使用GMSK调变;LTE-M则有用GFDM。总之,LPWAN不采行Wi-Fi、3G/4G的高耗电、高传输率OFDM调变。

采行窄小的通道频宽与简单、低传输率的调变方式,到底能带来多少传距效益?以LoRaWAN而言,在郊区可以达15公里,在城区也有2~5公里,Weightless因W、N、P等不同技术版本,传输距离同样在2~5公里不等,SigFox也同样采郊区、城区不同表现,郊区约30~50公里,城区约3~10公里,另外强调在没有视线遮挡(LOS)下,最远可至1,000公里。

而电池待机时间、使用时间,SigFox、LTE-M、LoRaWAN都在10年以上,WAVIoT更标榜20年以上。

通道频宽减少后,每一个基地台(或称闸道器)能与几个节点通讯呢?目前得到的数据是,LTE-M、SigFox等可以因应5万个节点,LoRaWAN可到25万个,WAVIoT方面宣称可达200​​万个。

上述为业界主要讨论、关注的技术,其他技术也有NWave、OnRamp、Platanus、Telensa(昔称Senaptic))、Amber Wireless、M2M Spectrum、Coronis、华为的CIoT(Cellular IoT)等,也都有相近的技术标榜。

当然,还有其他的技术趋向,例如多半选择低于1GHz以下的低频率运作,好追求更广的覆盖;以及力求每个节点的成本低廉化,以便能广泛普及布建;或者也强调加密安全性,或弹性的通讯连接方式等。

如此看来,最主流的Wi-Fi(IEEE 802.11ah)、3GPP(LTE-M)反而在技术表现上,目前落后于专属技术、其他联盟技术,其竞争优势是在现有已广泛布建Wi- Fi、LTE,营运业者为了保障过往已投入的布建投资,只好以现有基础加搭延伸,减少整体布建成本来实现物联网通讯,但对没有过往投资、建设包袱的新进业者,专属技术、联盟技术反而能使其更快成长,如SigFox已在欧洲数国开通,收费方式亦已简化,但LTE-M则正要起步、试行而已。

整体而言,频宽窄缩、调变退减的技术趋势路线不会变,甚至会更精进,可能还要数年时间才会停缓稳定。