电磁波是指在空间传播的交变电磁场。根据波长、频率不同，可以将电磁波谱可大致分为：无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、x射线和γ(伽马)射线。无线电波(Radiowaves)，也称为无线电或射频，其频率在3000GHz以下。
在国际单位中频率的单位是赫兹(Hertz)，其符号表示为Hz。Gigahertz，又缩写为GHz，是指千兆赫，即吉赫，等于109Hz（1000000000Hz）。Sub-Gigahertz（缩写为Sub-GHz，或Sub-1GHz）是指小于1GHz频率的统称。
1.2
我国无线电划分规定
根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》对无线电频段和波段的命名，无线电频谱可分为下面表中的14个频段，无线电频率以Hz（赫兹）为单位，其表达方式为：
3000kHz以下（包括3000kHz），以kHz（千赫兹）表示
3MHz以上至3000MHz（包括3000MHz），以MHz（兆赫兹）表示
3GHz以上至3000GHz（包括3000GHz），以GHz（吉赫兹）表示
1.3
ISMSub-1GHz频段
ISM是指工业、科学和医疗（industrial，scientific和medical,简称ISM），能在局部范围内产生射频能量并利用这种能量为工业、科学、医疗、民用或类似领域提供服务的设备或器械的运用，但不包括电信领域内的运用。ISM频段就是各国挪出某一段频段主要开放给工业，科学和医学机构使用。应用这些频段无需许可证或费用，只需要遵守一定的发射功率（一般低于1W），并且不要对其它频段造成干扰即可。
在国际电联无线电规则ITU-R第5条脚注5.138、5.150和5.280中指定的Sub-1GHzISM频段如下：
表1国际电信联盟（ITU）指定的Sub-1GHzISM频段
脚注5.138:下列频段：6765-6795kHz（中心频率为6780kHz），433.05-434.79MHz（中心频率为433.92MHz）除5.280款所列国家以外的1区，61-61.5GHz（中心频率为61.25GHz），122-123GHz（中心频率为122.5GHz），和244-246GHz（中心频率为245GHz）指定给工业、科学和医疗（ISM）使用，但须经有关部门与那些无线电通信业务可能受到影响的主管部门达成协议后给予特别批准。援用本规定时，主管部门应考虑有关的ITU-R最新建议书。
脚注5.150:下列频段：13553-13567kHz（中心频率为13560kHz），26957-27283kHz（中心频率为27120kHz），40.66-40.70MHz（中心频率为40.68MHz），902-928MHz（中心频率为915MHz）在2区，2400-2500MHz（中心频率为2450MHz），5725-5875MHz（中心频率为5800MHz），和24-24.25GHz（中心频率为24.125GHz）也指定给工业、科学和医疗（ISM）使用。在这些频段内工作的无线电通信业务必须承受由于这些应用可能产生的有害干扰。在这些频段内操作的ISM设备应遵守15.13款的规定。
5.280款:在德国、奥地利、波斯尼亚和黑塞哥维那、克罗地亚、前南斯拉夫马其顿共和国、列支敦士登、黑山、葡萄牙、塞尔维亚、斯洛文尼亚以及瑞士，433.05-434.79MHz频段（中心频率433.92MHz）指定给工业、科学和医疗（ISM）使用。在这一频段上工作的上述国家的无线电通信业务，必须承受这些应用可能对其产生的有害干扰。在此频段内的ISM设备应按照15.13款的规定进行操作。（WRC-07）
1.4
Sub-1GHz无线电发射设备
其中，在上面的分类中，其中Sub-1GHz主要的无线电发射设备有如下：
表2Sub-1GHz主要的无线电发射设备
1.5
微功率短距离无线电发射设备
根据2019年工信部2019年第52号公告，《微功率短距离无线电发射设备目录和技术要求》，无线电发射设备使用的Sub-1GHz频段如下表：
表3微功率（短距离）无线电设备Sub-1GHz频率
1.6
Sub-1GHz和2.4GHz频率比较
由于Sub-1GHz频率比较低，其波长较长，信号容易绕过建筑或障碍物传播更远到更远的距离，利用这种特性可以进行更远的数据信息传输。使用Sub-GHz频段通常用于设计较低带宽的数据传输，由于带宽小，传输的数据信息量相对就少，数据速率低。由于使用较低的带宽和较低的数据速率，Sub-1GHz系统功耗也较低。较低带宽导致较低的热噪声，接收灵敏度有较好的表现。使用Sub-GHz频段系统可以降低无线网络部署的基础设施成本。
Sub-1GHz无线电频段应用的主要特点：
频率较低波长较长，传输距离远，穿透性强
窄带宽，传输数据量少，数据速率低，功耗低
信号传输距离远，无线网络部署基础设施建设成本低
在免许可频段的无线通信应用中，Sub-1GHz和2.4GHz两个无线频段是主要的选择。Sub-1GHz无线频段适合于组建低数据速率低功耗的无线通信网络，2.4GHz比较适合于小范围内的高数据速率通信。下表是一个Sub-1GHz和2.4GH简单的比较：
表4Sub-1GHz与2.4GHz比较表
在部署物联网应用时，一般会考虑如下几个方面因素：
1)距离：Sub-1GHz相比较高频段（如2.4GHz频段）覆盖范围大，是规模化连接组网比较好的选择。
2)低功耗：在以少数据量而非视频等高流量的应用中，仅需要较窄的带宽进行无线数据传输，对射频收发的功耗要求也低，适合于电池供电或能量收集供电的物联网设备应用。
3)干扰：相对而言，2.4GHz设备近距离部署密集会对射频有一定干扰，Sub-1GHz干扰情况会比2.4GHz好些。
02
2.1
调制解调
调制是通过较低频率信息信号改变较高频率载波信号属性的一个或多个参量的变化，使信息信号的变化规律反应在较高频载波信号上。解调则是将已调制信息信号的变化规律还原出来，恢复原始的信息信号。
调制的目的是把要传输的模拟或数字信息信号变调变到高频的载波上，再通过天线辐射出去。一方面可以有效利用频谱资源；另一方面天线尺寸也可以有效减小。
2.2
调制方式
按正弦波载波看，有三个参数可以改变：幅度、频率、相位。因此，可以把调制方式分为幅度调制、频率调制和相位调制三种基本类型。
根据信号性质调制方式可分为模拟调制、数字调制两大类。模拟调制有调幅（Amplitudemodulation,AM）、调频（Frequencymodulation,FM）和调相（Phasemodulation,PM）。数字调制有振幅键控（Amplitude-shiftkeying,ASK）、移频键控（Phase-shiftkeying,FSK）、移相键控（Phase-shiftkeying,PSK）和差分移相键控(DPSK）等。
按载波形式又分为连续波调制和脉冲调制两类。脉冲调制有脉幅调制（Pulse-amplitudemodulation,PAM）、脉宽调制（Pulse-widthmodulation,PWM）、脉频调制（PFM）、脉位调制（Pulse-positionmodulation,PPM）、脉码调制（Pulse-codemodulation,PCM）等。
频移键控（Frequency-shiftkeying，FSK）-以数字信号控制载波频率变化的调制方式，称为频移键控(FSK)。最常见的FSK为二进制FSK（BFSK，binaryFSK，或称2FSK）。BFSK用两个离散的频率分别代表不同的二进制信号（0和1），四进制频移键控则称QFSK。
高斯频移键（GaussfrequencyShiftKeying，GFSK）-GFSK的技术基础于FSK。当原始数字信号在经过FSK调变送出前，加上一个高斯低通滤波器来限制调变后的信号频谱宽度，使得在通讯上能限制频谱宽度的传输以及功率的消耗。
最小频移键控（MinimumShiftKeying，MSK）是一种改变波载频率来传输信息的调制技术，即特殊的连续相位的频移键控(CPFSK)。其最大频移为比特速率的1/4，即MSK是调制系数为0.5的连续相位的FSK。
高斯最小频移键控（GaussianFilteredMinimumShiftKeying，GMSK）-GMSK是从MSK调制的基础上发展起来的一种数字调制方式，其特点是在数据流送交频率调制器前先通过一个Gauss滤波器（预调制滤波器）进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得在相同的数据传输速率时频道间距可以变得更紧密。由于数字信号在调制前进行了Gauss预调制滤波，调制信号在交越零点不但相位连续，而且平滑过滤，因此GMSK调制的信号频谱紧凑、误码特性好，在数字移动通信中得到了广泛使用，如广泛使用的GSM（GlobalSystemforMobilecommunication）移动通信体制就是使用GMSK调制方式。
幅移键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）-是通过载波的幅度变化来表示数字信号的一种幅度调制方式，根据信号的不同，调节正弦波的幅度。在一个ASK系统中，二进制符号1会通过一个固定幅度、固定频率的载波信号来表示。
开关键控（on-offkeying，OOK）-又名二进制振幅键控（2ASK），OOK是ASK调制的一个特例，把一个幅度取为0，另一个幅度为非0。
多进制频移键控（Multiplefrequency-shiftkeying，MFSK）-是一种可用多个不同的载波频率代表多种数字信息的调制方式。
BPSK(BinaryPhaseShiftKeying)-二进制相移键控。是把模拟信号转换成数据值的转换方式之一，利用偏离相位的复数波浪组合来表现信息键控移相方式。
OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)-即正交频分复用技术，由MCM（Multi-CarrierModulation，多载波调制）发展而来。实际上OFDM是MCM(MultiCarrierModulation)，多载波调制的一种。通过频分复用实现高速串行数据的并行传输,它具有较好的抗多径衰弱的能力，能够支持多用户接入。
直序扩频（DirectSequenceSpreadSpectrum,DSSS）-每个数字信息信号单元用伪随机数字序列方式发送，而该伪随机数字序列数字速率远远高于信息信号比特速率。调制载波的信号常通在信息信号中加伪随机数字信号而获得。
2.3
射频收发器
射频收发器是一个集发射器和接收器于一体的集成电路，主要应用于无线通信设备。两个或多个设备通过射频收发器进行发送和/或接受无线电信号进行通信。
射频收发器工作模式有半双工和全双工。半双工工作模式的射频收发器，其发射器和收发器连接到同一个天线，通过射频开关来设置是发送信号还是接受信号，发送信号时不能接受数据；全双工工作模式，发射器和接收器工作在不同的频率，在发送数据时可以同时接受数据。
2.4
无线模块
一个基本的射频模块应用系统通常包括：微控制器、接收器/发射器、晶振、巴伦、滤波、天线、射频开关等组成。如下图所示：
微控制器和射频收发器有时会集成为一个SoC。
晶振是晶体振荡器，又称为石英晶体谐振器，提供本地振荡器和载波的参考频率。石英谐振晶体可分两大类：石英晶体和石英晶体振荡器。石英晶体是石英晶片加上电极与外壳封装，不含有源元件，需搭配外加电路才会产生振荡，称为无源晶振；石英晶体振荡器内含石英晶体与振荡电路的模组，需要电源，可直接产生振荡信号输出，称为有源晶振。
石英晶体振荡器有以下几种常见类型：
TCXO-温度补偿型（Temperaturecompensatedcrystaloscillator）
OCXO-恒温型（Oven-controlledcrystaloscillator）
VCXO-电压控制型（Voltage-controlledcrystaloscillator）
天线是一个无线通信系统非常重要的组成部分，用来发射和接受无线电波。天线一般在某一频率调谐，并在此谐振频率为中心的一段频带上有效。当天线的长度为无线电信号波长的1/4时，天线的发射和接收转换效率最高。影响天线性能的临界参数有很多，通常在天线设计过程中可以进行调整，如谐振频率、阻抗、增益、孔径或辐射方向图、极化、效率和带宽等。
Balun中文名为巴伦，是英文Balance-unbalance（平衡-不平衡变换器）缩写的音译，是一种可以使平衡传送线路和不平衡传送线路之间相互变换的器件。
2.5
物联网系统应用
一个或多个无线收发器可以组建成各种拓扑结构的无线网络，这些无线网络通过网关或其他网络接入设备接入互联网，形成了物联网应用系统。一个简单的无线接入网络物联网应用系统示意图如下：
上面图示的物联网应用系统可大致分为感知控制、无线接入、网络连接、边缘计算和云计算五部分。
感知和控制，感知是对物理世界的量化、数字化，以便于在计算机和网络中进行处理。物理量的量化、数字化往往是由传感器来完成，传感器是能感受被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。微控制器（MCU）一般对传感器的转换与量化进行处理，微控制还可以控制执行器或设备。结合通信功能，感知和控制部分可以成为一个感知终端，能对物或环境进行信息采集和/或执行操作，并能进行联网进行通信。
网络连接，网关是一个用无线接入网络与通信网络、不同类型网络之间的协议转换和互联互通的网络连接设备。在物联网的应用中，网关起到通信网络连接和协议转换的桥梁作用。
边缘计算，连接的增多带来数据的增长，这些数据需要计算处理，数据的计算并非都是到中心化的数据中心，往往是留在了互联网络边缘侧进行计算处理。
云计算，以数据中心为基础，凭借强大的计算能力，提供数据存储、数据计算、为用户提供软件服务和数据可视化等。
03
主要无线通信技术
3.1
LoRaWAN
3.1.1
LoRa是LongRange的两个单词前字母的简写，是由法国格勒诺布尔的Cycleo公司开发的一种数字无线数据通信专利技术，2012年被美国Semtech公司所收购。LoRa能够以低功耗实现超远距离无线数据传输（农村地区超过10公里）。LoRa使用免许可的sub-1GHz频段，是构建低功耗物联网络的主流技术之一。
3.1.2
技术
LoRaWAN是一种低功耗广域网络（LPWAN）规范，适用于在地区、国家或全球网络中的电池供电的无线设备。LoRaWAN以物联网的关键要求为目标，如安全的双向通讯、移动化和本地化服务。该标准提供智能设备间无缝的互操作性，不需要复杂的本地安装，给用户、开发者、企业以自由，使其在物联网中发挥作用。
终端设备和网关之间的通信以不同频道和数据速率传播。数据速率的选择需要在通信距离和通信时延间做一个权衡。由于扩频技术，不同数据速率的通信相互间不会干扰，并会创建一组“虚拟”通道，增加了网关的容量。LoRaWAN的数据速率范围从0.3kbps到50kbps。为最大限度地提升终端设备的电池寿命和整体网络容量，LoRaWAN网络服务器通过一种自适应数据速率（ADR）的方法分别为每个终端设备和RF输出管理数据。
针对物联网的全国范围的网络，如重要的基础设施、保密的个人数据或对安全通信有特殊需求的社会重要功能。这已通过几层的加密解决了。
·唯一网络密钥（EU164），保证在网络层上的安全
·唯一应用密钥（EU164），保证在应用层上端到端的安全
·设备专用密钥（EUI128）
LoRaWAN分了几种不同类型的终端设备以解决反映在广泛应用中的不同需求：
·普通列表项目具备最大接受时隙的双向通讯终端设备（C类）：C类终端设备几乎是连续地打开接受窗口，仅在发送时关闭。
3.2
ZETA
3.2.1
ZETA在日本、中国分别成立了ZETA联盟，推广应用ZETA物联网技术标准。ZETA中国联盟是基于纵行科技的ZETA物联网技术，联合国内外物联网产业链上下游不同环节的公司和团体广泛参与，通过ZETAAIoT为快速打造出一个超智能社会做出贡献的一个跨行业、全球性技术联盟。ZETA联盟致力于进一步推进ZETALPWA技术的普及，并将其应用于解决各类社会问题，通过“物联网+人工智能”为智能社会做出贡献。ZETA联盟由组网设备供应商、系统集成公司、云服务提供商、应用程序开发公司、事业单位和团体组成，从底层芯片算法开始到上层应用，建立垂直整合，打造技术领先业界的ZETAAIoT生态。
多跳自组网接入-灵活组网、盲区覆盖、节点融合、网络自愈。
多种协议模式-多种协议以适合不同应用，还可根据用户需求定制。
超广覆盖-采用超窄带技术，高接收灵敏度，保证在市区环境下2-10km的稳定传输。
可控带宽与频谱-多个Sub-GHz频段可选（如：433、470、500、787、868和
915MHz等）。可定制专有频段，支持100bps-50kbps速率传输。
多重安全-提供适合物联网应用的高效安全方案，支持超过50信道的跳频、接入鉴权、MAC地址过滤、AES-128（可选）、LCG轻量级数据加密等。
超大容量-分布式网络结构、虚拟OFDMA以及超窄带传输技术，ZETA可提供3-10倍于其他LPWAN技术的网络容量。
3.2.2
ZETA网络架构包括软件和硬件两部分。软件部分包括EdgeAI和ZETAServer；硬件部分包括ZETAAP、ZETAMOTE、ZETAMS和ZETag等。ZETA网络架构示意图，如下图所示：
硬件部分
ZETAAP是ZETA无线网络和ZETAServer之间的网关,ZETA网络中设备与ZETAServer的所有交互都通过AP完成。ZETAAP与其余ZETA设备通过ZETA协议进行通信，与ZETAServer则通过标准IP协议进行通信。ZETAAP支持多信道双向通信：不仅支持接收下级设备的上行传输，也同时支持广播、组播、单播等下行指令。
ZETAMOTE是低功耗Mesh层中继，最多可达四级，有效地增加单站覆盖范围，死角覆盖、防止数据拥塞等功能。
ZETAMS是一个高性能、高度集成的低功耗窄带通信模块。模块内置ZETA协议，可接入纵行科技大范围无缝覆盖的城域物联网蜂窝。采用UART透明传输接口，提供标准的感应器接口以及简单友好的二次开发指令集。基于该模块，开发者可以快速实现大规模大范围覆盖的物联网应用，同时将开发的成本和风险降至最低。
ZETag是新一代的柔性广域传感标签。ZETag可采用打印电池供电，厚度保持在3mm以下，支持柔性电路板，可一次性使用，室外覆盖距离可达2-3km。由于ZEtag低成本、小尺寸和打印电池供电的特点，使其完全可以“用完即弃”，并环保回收。与ZETA网关配合使用，可实现大容量和高并发接入需求。ZETag可广泛应用于资产盘点、追踪和管理、身份识别、特殊事件报告等领域
软件部分
EdgeAI实现了深度/机器学习、嵌入式推理和先验计算等算法。ZETA网络中的终端传感器可以具有“端智能”，通过更新端侧智能模型的参数及演进算法，使得大量数据的处理在端侧进行，实现“去云化”，保障关键数据的安全。LPWAN网络只需承担处理结果或关键信息的回传，真正实现深度覆盖的价值。
ZETAServer是CMP(连接管理平台)、DMP(设备管理平台)和AEP(应用使能平台)三位一体的可视化物联网综合管理平台(PAAS)，涵盖大多数低功耗广域网细分市场的设备与应用。
3.3
Weightless-P
3.3.1
Weightless是一种开放、低功耗和远距离的无线通信标准，为物联网提供连接解决方案。每个公司都可以建立自己的Weightless网络或与提供访问Weightless网络的运营商签约使用网络。Weightless的技术优势包括其超低能耗、管理设备双向通信和空中（OTA）更新的能力以及同步网络功能等，从而为物联网解决方案提供无与伦比的可扩展性。
Weightless-P无线网络技术在国内有国家电网、广电等有部分项目进展。
04
3.3.2技术
Weightless-P的定义特征如下：
100％双向，可靠的完全应答通信
针对大量低复杂度的终端设备进行了优化，这些终端设备采用异步上行链路主导的通信方式，短的有效载荷大小（通常<48字节）。
针对超低功耗进行了优化
标准数据速率从0.625kbps到100kbps
典型的终端设备发射功率为14dBm（最高可达30dBm）
典型基站发射功率为27dBm（最高可达30dBm）。Weightless-P网络由以下部分组成：
终端设备（EndDevices，ED）：网络中的“叶”节点，低复杂度，低成本，通常低占空比
基站（BaseStations，BS）：每个小区的中心节点，所有ED通过星形拓扑进行通信
基站网络（BaseStationNetwork，BSN）：互联单个网络的所有基站，以管理整个网络的无线电资源分配和调度，并处理认证，漫游和调度
Weightless-P网络架构如下：
3.4
Z-Wave
3.4.1
Z-Wave是一种低功耗、低成本的无线通信技术，使得消费级产品能够组成网络，主要应用于智能家居。由于无线电的衰落效应、杂散噪声和反射等因素会造成数据丢失，Z-Wave提供了一个低水平的重传来恢复数据的传输。网络层采用了网状（MESH）路由，扩展了网络覆盖的范围。
Z-Wave使用850至950MHz之间的频段，这些频段属于ISM（工业科学医学）或SRD（短距离设备）频段。在欧洲主要是868.42MHz频率，在北美主要是908.42MHz频率，在其他国家遵循其无线电法规要求。2012年，国际电信联盟（ITU）将Z-WavePHY和MAC层作为G.9959标准中一个选项，用于1GHz以下无线设备。
根据Z-Wave官方资料显示，中国Z-Wave使用了868.40MHz，中国香港地区使用了919.80MHz。如下表：
根据无线电发射设备型号核准信息公开查询，丹麦SigmaDesignsDenmark公司于2016年11月18日核准了设备型号为ACC-UZB3-CN的产品。设备名称为民用无线控制装置。使用频率为868.40MHz868.42MHz。发射功率≤5mW（e.r.p）。杂散发射限值≤-30dBm
（有效值）。产品核准有效期为五年。
据报道，2019年12月SiliconLabs和Z-Wave联盟宣布开放Z-Wave规范新计划，使Z-Wave规范使其成为一种多源无线通信标准，开放的Z-Wave规范包括ITU.G9959PHY/MAC无线电规范、应用层、网络层和主机设备通信协议。所有半导体和软件供应商都将能加入Z-Wave生态系统，并开发和提供sub-GHz的Z-Wave无线产品和软件。Z-Wave联盟将成为一个Z-Wave规范的标准开发组织，并将继续管理包括软件和硬件的Z-Wave认证项目。
3.4.2
Z-Wave协议是一种低功耗、低成本无线通信技术，专为住宅和轻型商业环境中的控制、监控和状态读取应用而设计。一个Z-Wave网络最多可容纳232个节点。网络ID用于标识特定网络。网络和节点地址是自动配置的，无需用户干预。
Z-Wave有其自己的网络层、传输层和应用层。Z-Wave支持IP传输以及IP路由协议。在网络纳入(networkinclusion)期间，节点会收到一个唯一的地址。一个网络最多可以容纳232个节点。网络ID用于标识一个特定的网络。网络和节点地址是自动配置的，无需用户干预。Z-Wave网络层定义了Z-Wave路由协议，它是一个源路由协议。Z-Wave路由协议允许发起者通过一个或多个中继器到达目标节点。响应式发现算法允许发起者在需要时决定新的源路由。Z-Wave对多播消息使用特殊的帧格式。Z-Wave多播帧头在帧头中有完整的目标位映射。Z-Wave应用层为各种设备定义了广泛的设备和命令类，如灯、门锁和温度传感器。
·免许可sub-1GHz，ISM频段
·调制方式：GFSK
·多信道，2个或3个
·数据速率：9.6Kbit/s，40Kbit/s，100Kbit/s
·网状网络操作：唯一的网络ID号（HomeID），一个网络多达232个节点
·完全应答协议
·自动重传
·冲突规避算法
网络拓扑结构
网络组件
网络拓扑
在网状网络拓扑中，每个设备都能够在其无线电范围内与另一个设备通信。节点可以发送和接收消息，也可以为邻居节点中继消息。这个中继使得消息通过中间节点到达其最终目的地。引入路由可提供一个冗余且更可靠的网络。
Z-Wave使用源路由。可以主动建立或按需发现来建立路由。如果消息由于衰落和/或干扰而丢失，那么该节点可以重新传输消息，如果仍然失败，就使用替代路由。如果需要，可以发现新的替代路线。
Z-Wave自举
节点必须与其他节点配对才能组成网络。此过程称为加入（inclusion）。HomeID是一个唯一32位标识符用于区分不同网络。NodeID在网络中是唯一的。NodeID是一个8位的短地址。第一个节点将NodeID分发给所有其他加入网络的节点。在加入（inclusion）期间，节点使用初始化的NodeID（0x00）和一个随机的伪的唯一HomeID进行标识。
3.5
Wi-SUN
3.5.1
Wi-SUN是WirelessSmartUtilityNetwork的缩写，是一种基于IEEE802.15.4g标准的网状网络技术，由Wi-SUN联盟推广，Wi-SUN是为公用事业、智慧城市和物联网设计的无线通信技术。Wi-SUN网络支持星型和网状拓扑以及星型/网状混合部署，但通常布局为网状拓扑，其中每个节点都为网络中继数据以提供网络连接性。
目前，Wi-SUN技术主要应用在两个领域：客户端场域网络（FieldAreaNetwork,FAN）和家庭客户端场域网络（HomeAreaNetwork,HAN）
客户端场域网络（FieldAreaNetwork,FAN）-面向于大型场域中的设施，如智能电网、智能路灯等，让公共设施联机到相同场域网络并实现互操作性
家庭客户端场域网络（HomeAreaNetwork,HAN）-通过家庭智慧能源管理（HEMS）控制器，可将智能家电与智能电表串联，除能实时监控智能家电用电量外，也可通过智能电表互通到FAN的智能城市等应用，完善智能家庭布建环境。
Wi-SUN目标应用有：
智能公用事业：高级计量基础架构（AMI）、峰值负载管理、配电自动化和智能计量
智慧城市：基础设施管理、街道照明、停车、交通和运输系统
智能家居：智能恒温器、空调、供暖、能耗显示以及健康和福祉应用
M2M：农业、结构健康监控（例如桥梁，建筑物等）、监控和资产管理
3.5.2
Wi-SUN中国使用频段
根据WI-SUN官方的说明，中国使用了470-510MHz、779-787MHz和920.5-924.5MHz频段。
Wi-SUNStack
Wi-SUNFAN的PHY层支持50-300kbps的数据速率。Wi-SUN设备支持低延迟（0.02s）和频繁（每10秒一次）通信。
下图是Wi-SUNFAN与OS（IOpenSystemInterconnection）放式系统互联的对比情况：
3.6
WirelessM-Bus
3.6.1
WielessM-Bus或WirelessMeterBus是一个欧洲标准（EN13757-4），主要用于仪表及其远程读数的通信系统，如气表、水表等类型仪表，其源自M-Bus总线标准。WirelessM-Bus虽然是针对智能计量应用开发，但经过多年的发展，也同样适用于工业无线传感器网络应用。
WirelessM-Bus主要特点：
·星型网络
·轻量协议，低功耗低成本
·支持单向或双向通信
·868MHz、433MHz、169MHz频率
·支持AES-128加密和身份验证
·工作在免许可证的ISM频段上
·数据速率2.4kbps到100kbps
·在868MHz实际通信距离可达500米；169MHz频率时，可达2000米
·电池寿命可达15-20年
CEN/TC（技术委员会）294负责制定和发布描述完整M-Bus协议的欧洲EN13757标准。EN13757包含七个部分，其中包括EN13757-4，用于公用事业仪表与集中器或智能仪表网关之间无线电通信的WirelessM-Bus规范。
·EN13757-1:仪表和采集器之间的基本数据通信
·EN13757-2:有线M-Bus的物理层要求
·EN13757-3:应用层
·EN13757-4:WirelessM-Bus的物理层和数据链路层
·EN13757-5:距离增强的中继和路由
·EN13757-6:用于短距离有线链路的本地WirelessM-Bus
·EN13757-7:用于仪表和仪表远程读取的通信系统的传输和安全服务
3.6.2
WirelessM-Bus对比IOS/OSI参考模型，仅实现了物理层、数据链路、网络层和应用层。OSI模型的四到六层为空。
应用层实现了特定设备要求的所有其他协议层。如果需要路由，那么可以在应用层中实现。减少了模块有利于使用最少计算资源在小型设备上运行，但也使得WirelessM-Bus无法使用标准的路由协议。M-Bus支持非对称网络拓扑，一方面可以使用低成本或低功耗的计量设备，另一方面使用具有更高性能的数据采集器或网关。目前，仅支持点对点或星形网络拓扑，不支持网状或多跳拓扑。
3.7
ChirpWAN
3.7.1
ChirpIOT是磐启自主研发物联网无线扩频通信平台，通过多维度传输调制技术，可有效降低网络通信干扰，增加网络容量。ChirpWAN是磐启基于Chirp-IOT通信芯片开发的一种低功耗广域网通讯协议。ChirpWAN协议采用安全可靠的双向通信，通过对终端设备进行协议优化，降低终端节点协议开销，实现节点低功耗，通信高安全，同时支持星状拓扑、网状拓扑以及星状/网状混合部署，满足智慧楼宇、智能家居、智慧城市、智慧农业、智慧工厂等多种应用场景需求，实现了终端更低功耗、连接更稳定、数据更安全、覆盖更广泛的物联网系统。
ChirpWAN技术特点
覆盖范围–采用磐启自主研发的物联网无线扩频通信平台Chirp-IOT，实现超高灵敏度，在城市环境中可实现3-10km稳定传输
抗干扰技术–支持多维度传输技术，有效降低网络通信干扰，增加网络容量，同时支持跳频技术，增强抗干扰能力，提高网络吞吐容量
网络安全-增强的网络加密协议，保证数据安全传输
组网能力-带自愈功能的网络自组技术，组网灵活，消除网络盲区
优化路由协议-支持各种路由协议，实现节点之间高效端对端稳定连接，同时优化的网络同步技术，抑制Mesh泛洪问题，有效降低广播风暴，减少路由等能量消耗
网络稳定-优化空间传输结构，自动空间碰撞检测回避技术，多级全方位的防误措施，避免各种干扰和异常状况对网络结构的影响，保证网络传输稳定
动态最优路径–基于边缘计算的智能路径选择，实现mesh高可靠快速传输
3.7.2
ChirpWAN网络架构中包含了终端、中继、基站、IOT服务器、应用服务器五个部分。终端采用磐启Chirp-IOT通信模组，实现低功耗远距离的传输，同时通过对协议优化，降低终端节点协议开销，实现节点低功耗。中继设备由终端节点实现，根据多层网络结构，各层终端节点之间自动匹配成隶属关系，实现自动中继。基站设备是无线网络和IOT服务器之间的网关，实现服务器信令下行，终端节点信息的上行采集。IOT服务器负责设备接入，基站、中继及终端的业务控制和数据管理，并给应用服务器提供数据接口。应用服务器主要负责接收并处理上行的业务数据，并提供下行的业务指令队列。
市场概况
4.1
无线连接技术
根据IHSMarkit在2018年的一份《连接技术》报告中显示，有线技术仍在物联网连接中发挥着关键作用。对电池寿命、信号深度覆盖和移动性的要求将会推动低功耗和蜂窝技术的发展。
有线技术占2017年连接性集成电路出货量的40％，反映出以太网在传统大规模应用领域中的强势地位,如工业自动化、照明和电力以及能源。
WLAN、蓝牙和Zigbee在家庭自动化和家庭消费电子产品领域占有一席之地。
大量的物联网用例正在推动对蜂窝以及低功耗无线的需求。
网络的基础是以有线网络组建而成的互联网，有线是网络基础性的连接，无线接入网络（WirelessAccessNetwork,WAN）是有线网络的延伸。对低功耗、组网、设备移动性的需求，将会大大促进无线接入网络的发展。尤其是近几年比较热的低功耗无线接入网络（LPWAN,LowPowerWirelessAccessNetwork）。对于广域应用而言，亦可称之为低功耗广域网络（LowPowerWideAccessNetwork）。
根据IHSMarkit公司的预测，2017年全球LPWAN连接数量为8753.7万个，预计到2023年可达171698.4万个，2017-2023年复合增长率(CAGR)为64%。
4.2
无线电发射设备概况
将无线电发射设备按频率划分为2.4GHz/5.8GHz、Sub-1GHz、Sub-1GHz/2.4GHz和其他四类。Sub-1GHz无线电发射设备占比24%，Sub-1GHz/2.4GHz双频率无线电发射设备占比19%。其中，包含Sub-1GHz频段的无线电发射设备总计占比43%。
Sub-1GHz无线电发射设备类型占比情况，公众网移动通信设备占比64%，占比最高；专用通信设备占比16%；短距离无线电设备占比15%；广播发射设备占比4%；其他设备占比1%。
根据Sub-1GHz无线电发射设备生产厂家地区数量分布情况，主要集中在深圳市、北京市、上海市、广东省、江苏省、浙江省、福建省、四川省、山东省等地。尤其是以深圳的生产厂家最多，超过1000家。
4.3
根据市场上的射频收发器产品（包含单发/单收）对其调制方式进行统计分析。
目前，市场上射频收发器所支持主要的调制方式OOK占比达30%，FSK占比24%，GFSK占比19%，ASK占比18%。其中，OOK为射频收发器支持最多的调制方式。
4.4
市场应用
根据目前市场上射频收发器产品所面向的目标市场应用进行统计整理，将其分类为：照明、玩具、无线抄表、智能家居、汽车、工业、门禁、安防、遥控器、无线通信等类别。每个类别说明如下：
Sub-1GHz射频收发器主要市场应用集中在：安防、智能家居、门禁、工业、遥控器、汽车、照明、无线通信、住宅/楼宇、无线抄表、玩具等应用上。
4.5
产业链
根据Sub-1GHz频段无线市场应用的特点，可将产业链分为上中下游，即传感、网络和应用。上游包括传感器、处理器、射频收发器和无线模组；中游包括无线网络方案商、无线网络服务商、物联网云服务商；下游包括系统集成商和应用服务商。
无线网络应用，无线组网方案为系统集成商和应用服务商提供了新的工具。为工业互联网、企业数字化转型提供了有力支撑。
05
政策法规
根据《中华人民共和国无线电管理条例》第三条：“无线电频谱资源属于国家所有。国家对无线电频谱资源实行统一规划、合理开发、有偿使用的原则。”
随着物联网无线连接技术的发展应用，无线电早已广泛应用到我们的工作和日常生活的中。如同汽车需要道路行驶一样，无线电通信也需要占有一定的频谱资源来进行通信。而无线电频谱资源是一种有限的资源，无线电设备应用的增增多，使得无线电空中通道就会越来越拥挤，为保障各类无线电业务的正常开展，就需要对无线电进行管理。
5.1
无线电管理机构
根据《中华人民共和国无线电管理条例》，我国无线电管理机构有：国家无线电管理机构、中国人民解放军电磁频谱管理机构、自治区/直辖市无线电管理机构、国务院有关部门的无线电管理机构。
国家无线电监测中心/国家无线电频谱管理中心-国家无线电监测中心（国家无线电频谱管理中心）为工业和信息化部直属公益一类事业单位，受部委托，其主要职责是：
（六）为各省（区、市）无线电管理工作提供技术指导。
（七）承办工业和信息化部交办的其他事项。
中国人民解放军无线电管理机构-负责军事系统的无线电管理工作，其主要职责是：
（一）参与拟订并贯彻执行国家无线电管理的方针、政策、法规和规章，拟订军事系统的无线电管理办法；
（二）审批军事系统无线电台(站)的设置，核发电台执照；
（三）负责军事系统无线电频率的规划、分配和管理；
（四）核准研制、生产、销售军用无线电设备和军事系统购置、进口无线电设备的有关无线电管理的技术指标；
（五）组织军事无线电管理方面的科研工作，拟制军用无线电管理技术标准；
（六）实施军事系统无线电监督和检查；
（七）参与组织协调处理军地无线电管理方面的事宜。
省、自治区、直辖市和设区的市无线电管理机构-在上级无线电管理机构和同级人民政府领导下，负责辖区内除军事系统外的无线电管理工作。其主要职责是：
（一）贯彻执行国家无线电管理的方针、政策、法规和规章；
（二）拟订地方无线电管理的具体规定；
（三）协调处理本行政区域内无线电管理方面的事宜；
（四）根据审批权限审查无线电台(站)的建设布局和台址，指配无线电台(站)的频率和呼号，核发电台执照；
（五）负责本行政区域内无线电监测。国务院有关部门的无线电管理机构-负责本系统的无线电管理工作，其主要职责是：
（二）拟订本系统无线电管理的具体规定；
（三）根据国务院规定的部门职权和国家无线电管理机构的委托，审批本系统无线电台(站)的建设布局和台址，指配本系统无线电台(站)的频率、呼号，核发电台执照；
（四）国家无线电管理机构委托行使的其他职责。
5.2
无线电管理法律法规体系
我国无线电管理政策法规可以分为，法律法规、部门规章、规范性文件和地方管理法律规章。
行政法规：《中华人民共和国无线电管理条例》、《中华人民共和国无线电管制规定》部门规章：《中华人民共和国频率划分规定》、《无线电台站执照管理规定》、《业余无线电台管理办法》规范性文件：《无线电管理收费规定》、《无线电频率占用费管理办法》、《无线电管理处罚规定》
5.3
无线电频率管理
根据《无线电频率使用许可管理办法》第三条“无线电频谱资源属于国家所有，实行有偿使用。”
我国对无线电频率使用采取行政许可的管理方式，在使用无线电频率前应当取得频率使用许可，并由无线电管理机构对无线电频率使用行为进行监督检查。
而根据《中华人民共和国无线电管理条例》第十四条第一项至第三项所列的规定，下列频率可以除外：
业余无线电台、公众对讲机、制式无线电台使用的频率；
国际安全与遇险系统，用于航空、水上移动业务和无线电导航业务的国际固定频率；
国家无线电管理机构规定的微功率短距离无线电发射设备使用的频率。
06
射频收发器主要企业
6.1
上海磐启微电子有限公司
6.1.1
公司简介
上海磐启微电子有限公司成立于2010年,是一家无线通讯及物联网芯片设计企业。总部设于上海，并在苏州和深圳分别设有研发中心及分公司。公司产品主要有：Chirp-IOT、蓝牙BLE、通用无线、图像处理等产品线。产品广泛应用于低功耗广域网、电子货架标签、室内定位、智能家居、图像传输、智能玩具、无线键鼠等应用
公司拥有基于物联网的无线扩频通信平台Chirp-IOT，该平台创新地采用了多维度传输调制技术，使得产品具有业界领先的性能、成本及可靠性。基于超低功耗2.4GHz技术的新零售货架标签系统已成功落地阿里园区。公司推出了国内第一款基于蓝牙AOA技术的室内定位系统xLOCATE1.0，其定位精度可达0.5~1.0米，具有较高的定位精度及极低定位成本
6.1.2
主要产品
表5射频收发器产品
6.2
北京晓程科技股份有限公司
6.2.1
6.2.2
6.3
深圳市华普微电子有限公司
6.3.1
公司成立于1998年，专注于无线射频和传感器领域。无线射频产品有射频芯片、射频COB模块、射频应用模块、射频元器件；传感器产品有气压传感器、温湿度传感器模块、定制传感器等。产品主要面向于安防系统、无线抄表、家居智能、汽车电子、环境监测、医疗监护、智能健康等应用领域。
6.3.2
6.4
苏州中科沿芯微电子科技有限公司
6.4.1
公司成立于2014年9月，是一家FablessIC集成电路设计公司，致力于射频通信芯片及系统模块的研发，总部位于江苏省张家港市经济开发区，分公司位于上海市浦东新区临港科技园。产品主要有无线芯片、无线终端和电机驱动高压芯片等。其产品和解决方案主要面向物联网领域。公司是国内外唯一一家可实现符合多标准超高频设备识别（UHFRFID）读写器芯片的高科技公司。
6.4.2
6.5
青岛东软载波科技股份有限公司
6.5.1
公司自1996年起开展电力线载波通信技术研究，2000年推出了第一代电力线载波通信芯片。公司主要产品线有：商秘安全芯片、通用MCU芯片、智能电网芯片（ASIC）、无线射频芯片及电容式触控芯片产品。其中，MCU产品线及ASIC产品线为公司生产营销的主要产品线。主要面向能源互联网、智能化等新兴领域。
6.5.2
6.6
合泰半导体
6.6.1
合泰半导体成立于2012年，隶属台湾盛群半导体(HOLTEKSEMICONDUCTORINC.)集团，总部位于中国广东东莞松山湖，负责HOLTEK产品在中国之研发、生产、销售及售后服务。合泰半导体营业范围主要包括单片机(MCU)IC及其周边组件的设计、研发与销售。产品范围包括有泛用型与专用型微控制器(MCU)，涵盖触控、健康量测、工业控制/仪表、计算机外设、家电、车用及安全监控等应用领域，此外并提供各种电源管理、LCD/LED驱动/控制、RF通讯芯片与各类型传感器模块等外围组件。
6.6.2
6.7
笙科电子股份有限公司
6.7.1
笙科是一家专业的RF芯片设计公司，一直专注研发CMOS制程的RF半导体芯片。产品应用广泛，在PC应用方面，如：无线鼠标/键盘/VistaRF遥控器，以及WirelessUSB。在工业应用方面，如：自动读表、Zigbee、智能型建筑，以及工厂自动化控制。在消费电子应用方面，如：GPS、Bluetooth、PS/XBox无线游戏控制器、以及无线对讲机。在汽车电子应用方面，如：汽车遥控器，汽车警告系统，以及无线倒车影像系统。以及一些特殊的无线应用，如：卫星通讯接收器、智能型运动器材、无线医疗仪器、以及WiMAX。
6.7.2
产品主要应用于智能电网中的无线智能电表、无线智能水表以及热表、无线智能插座、车用防盗器、无线安全密码锁、加密型遥控卷帘门、智能建筑节能系统、无线餐饮管理、无线影音传输、ETC、AMR无线自动读表(如无线热表，燃气表等等)、家庭自动化等。
6.8
深圳锐迪芯电子有限公司
6.8.1
深圳市锐迪芯电子有限公司是一家专业集成电路IC设计公司，致力于物联网，智能控制和无线通信类芯片及其无线控制应用方案的研发。产品被应用于智能家、LED照明、安防报警、无线通信等众多智能化控制物联网领域。
6.8.2
6.9
重庆中科芯亿达电子有限公司
6.9.1
重庆中科芯亿达电子有限公司由中国电子科技集团24研究所和深圳中微半导体公司共同投资于2009年12月23日正式成立，是中国电子科技集团重庆子集团（中电科技集团第24研究所、第26研究所、第44研究所）控股（旗下）的高科技产业公司，总部位于重庆；公司核心技术团队由子集团优秀的模拟集成电路设计人员、应用研究技术人才以及具有国内领先的数字电路设计团队组成。
公司产品及市场定位专注于工业及消费类集成电路芯片的设计、开发、生产、产品销售以及为客户提供深度定制的整体技术解决方案和服务。具有两条特色6寸工艺线支撑并充分利用国内外IC代工线资源以及在家电及消费类电子多年的市场积累、完善的市场服务管理支撑，致力于成为国内领先的工业及消费类IC芯片及方案供应商。
公司主要的产品线有：8位/32位单片机系列、通用驱动系列IC、家电专用驱动及控制系列IC、电机驱动芯片、电源管理芯片、高性能信号处理芯片、舵机控制/驱动芯片、安防监控芯片、ASIC芯片。
6.9.2
玩具遥控器专用电路-玩具遥控器专用电路专门用于遥控玩具车发射电路。该芯片采用先进的CMOS工艺制造，集成前进、后退、左转、右转、加速等功能。
433MHz通信芯片–WL118/118S/WL121/WL119F/WL119C/WL480R/WL211等。
主要应用于无线门铃、门禁、电动窗帘、卷帘门、遥控风扇、照明开关、无线传感数据传输、电动车防盗报警、家居安防报警、无线玩具
07
展望
Sub-1GHz频段为不同无线电发射设备分配使用，呈现行业化应用特点，不同无线电发射设备规定的频段不同，基本形成专用频段和公用频段两部分，专用频段主要面向国防、铁路、公安、政府、电力等系统应用。公用频段可以分为许可频段和免许可频段，许可频段如NB-IoT等，免许可频段主要是公众对讲机、微功率短距离无线电设备等。工信部2019年第52号文件-《微功率短距离无线电发射设备目录和技术要求》为微功率短距离无线电发射设备提供了政策支撑。而随着物联网的发展应用，对无线电频率的资源需求也越来越多，尤其是无线远距离的低功耗广域网络。国外部分国家或地区基于ISM频段形成了区域或国家的免许可无线网络，为物联网规模化组网应用带来了新的发展契机。国内在微功率远距离方面还在探索发展中。
Sub-1GHz射频收发器应用主要是以遥控、语音和数据通信为主。遥控是指单个或多个设备的无线控制，如门禁、遥控器和开关等应用。语音则以对讲机为主。Sub-1GHz射频收发器给以数据传输和通信为主物联网应用带来了创新机遇，尤其是以LoRa射频收发器（SX1278、SX1268等）为代表的Sub-1GHz射频收发器对中国物联网市场影响比较大。无线组网、规模化应用部署是数据通信应用的主要特点，主要的典型应用是无线抄表（如气表、水表等）。工业物联网对Sub-1GHz射频收发器有着更为广泛的需求。
目前，低功耗物联网的传感器或设备供电方式电池是主流的搭配。随着对电池长寿命的要求以及其他能量采集（如太阳能、无线能量传输等）供电方式的应用发展，应用对Sub-1GHz射频收发器发射功耗的要求也越来越高，这将会是低功耗Sub-1GHz射频收发器产品设计的一个挑战。
Sub-1GHz频段上存在这各种无线通讯技术，不同技术间的互联互通仍还不够充分。
联盟对物联网产业发展起到了很大的推动作用。如CLAA和ZETA联盟。CLAA是中兴通讯在LoRaAlliance支持下发起的中国LoRa应用联盟，汇聚了各行各业的企业参与，为产业发展注入了新的活力。ZETA中国联盟是基于纵行科技的ZETA物联网技术，吸引了国内外物联网产业链上下游不同环节的公司和团体广泛地参与。联盟统一标准、协同发展，有助于发挥企业各自的优势，形成合力加速行业应用的发展。
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