原创 对 ISM 频段的探索

2023-1-22 14:11 896 1 2 分类: 通信
说明: 本文中斜体部分表示来自公告文件的部分内容剪贴或合并整理.

1. 对 ISM 频段定义的探索
对 ISM 频段的定义是一个值得关注的议题. 尤其是其中包含的 300MHz ~ 1GHz 频段(即所谓 SubG 频段, 对应波长为 0.3~1m 其间, 即该频段被包含在"分米波"级别, 比如 315M, 433M, 470M, 868MHz等)为我们所关注, 此外值得关注的还包括 2.4G, 5.8GHz 频段等. 在上述列举的频段里, 常见的 Wifi, Bluetooth, Zigbee, Lora 等协议均包含其中.
ISM 频段涉及到多份文件, 包括对工业互联网与物联网中"局域网", 如"无线接入系统", "微功率设备"的使用, 均有涉及. 并也涉及到其他类型的设备(如无人机)的使用频段.
本文中, 我们对 ISM 频段定义进行探讨, 至于我们关注的 SubG 频段, 与 2.4G, 5.8G 频段等, 我们将在另外的文章进行更进一步的讨论.

查询中国大陆的 ISM 频段定义并非易事. 本文采用了如下探索文档的学习与探索步骤:
(1) 通过阅读工信部的"无线电频率划分规定"文件, 并在文中进行跳跃式阅读和查询, 间或着发现中国大陆(并含HK, 澳门)的 ISM 频段的"散装式"定义. 这里讨论主要集中在中国大陆区域(属于 ITU 定义的 3区).
(2) 对我们关注的 ISM 频段内包含的数个 SubG 频段的定义, 需要集合与微功率设备使用指导进行分析. 根据工信部关于"微功率(短距离)无线电设备规范要求"(或简称"第52号文") 进行详细查询, 并进行相应频段的整理与讨论.
(3) 根据"工业互联网和物联网频率使用指南"文件中列举的微功率设备频率简明列表, 与"微功率(短距离)无线电设备规范要求"(或简称"第52号文")的全面性描述互为比对, 同时也可对微功率设备列举频段进行参考比对.

2. 中国大陆 ISM 频段定义
2.1 "无线电频率划分规定"文件版本
<中华人民共和国无线电频率划分规定> 或包含下述版本(不完全列举):
(1) 2001年11月12日公布(信息产业部令第14号)
(2) 2006 年10月16日公布(信息产业部令第40号)
(3) 2010年8月13日公布(工业和信息化部令第16号公布)
(4) 2013年11月28日(工业和信息化部令第26号公布, 自2014年2月1日起施行)
(5) 2018 年2月7日(中华人民共和国工业和信息化部令第46 号公布, 自2018年7月1日起施行), 这是当前本文讨论基于的版本.

2.2 对 ISM 频段定义(与其包含的数个 SubG 频率)
文件共有两处进行了 ISM 频段的定义:

(1) 定义一

5.138 下列频段:
6765-6795kHz (中心频率为 6 780kHz),
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)

讨论: 在我们关注的 SubG 频段中, 定义了 433MHz. 这里的 "5.280 款" 引用如下:

5.280 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,433.05-434.79 MHz 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)

注: 1区所在地为欧洲非洲.

这里 5.280 款 列举欧洲部分国家也明确应用 433MHz 为 ISM 频段, 或可理解为 433MHz 是除美洲外, 全球普遍适应的一个 ISM 频段.


(2) 定义二

5.150 下列频段:
13 553-13 567kHz (中心频率为 13 560kHz),
26 957-27 283kHz (中心频率为 27 120kHz),
40.66-40.70MHz (中心频率为 40.68MHz),
902-928MHz (中心频率为 915MHz)在 2 区,
2 400-2 500MHz (中心频率为 2 450MHz),
5 725-5 875MHz (中心频率为 5 800MHz),
和 24-24.25GHz (中心频率为 24.125GHz)

讨论:  2区对应美洲, 即美国 915M(或欧洲433M, 见上文定义一), 2.4G, 5.8GHz 等, 这些重要频段, 与常见的欧美 ISM 频段的部分定义吻合.

915M 在美国单独使用的主要原因, 可能是与欧洲中国的蜂窝移动通信网络(手机网络)频段重叠导致. 这或是另一个近似的频段 868M 的广泛使用的缘故?

以上, 可清晰说明中国大陆的 ISM 频段定义, 与国际一些区域的 ISM 频段定义具有相当的一致性.


2.3 无人机使用频段(1.4G, 2.4G, 5.8GHz)

(1) 无人机为近来颇具影响力的设备, 也尝试进行初步频段分析:

根据 2022年11月3日 <民用无人驾驶航空器无线电管理暂行办法(再次公开征求意见稿)>约定:

民用无人机机载电台及与其开展遥控、遥测、信息传输等业务的地面无线电台(站)(以下统称民用无人机无线电台)可以使用下列频率:1430-1444MHz、2400-2476MHz、5725-5829MHz(以下分别简称 1400MHz、2400MHz、5800MHz)。

民用无人机为实现探测、避障等功能可以使用 24-24.25GHz 频段的微功率短距离雷达设备,其使用及技术指标应符合工业和信息化部 2019 年第 52号公告相关要求。

(2) 频段分析:

(a) 2.4G 与 5.8G 频段均为 ISM 频段.

(b) 1.4G 频段定义:

1400MHz 频段用于民用无人机遥测与信息传输链路,其中 1430-1438MHz 频段频率用于警用无人机和直升机视频传输,1438-1444MHz 频段频率可用于其他单位和个人民用无人机。

发射机发射功率限值:

发射机功率等级: 等效全向辐射功率(e.i.r.p)限值/下行(dBm/通道)
1: 42 dBm
2: 35 dBm
3: 23 dBm

(3) 讨论:

考虑到 40dBm 对应发射功率为: 10W,  可推测 1.4GHz 作为遥测和信息传输链路, 能够支撑较远的通讯距离. 而其他部分通讯频率如 2.4G, 5.8G 则位于 ISM 频段(与后续文章中关注的微功率设备的发射功率相同, 该 ISM 频段2.4G, 5.8G上体现微功率近距离特征).


2.4 其他重要的 SubG 频段(470MHz)

470MHz 起始频段, 并没有被作为 ISM 频段被定义. 但在文件中被世界各国广泛使用(除美国作为移动通信使用).

在中国大陆, 该频段目前似作为 Lora 主要频段使用, 将在后续的微功率设备频段内容中继续讨论,


3. "工业互联网和物联网频率使用指南" 对 ISM 的应用限制(无线接入网)
问题: 既然 ISM 对应着工业, 科学, 医疗应用频段而无需申请, 那么是否但凡 ISM 中的设备, 就可以设计使用于任何使用场景呢? - 并非如此.
就我们的探索过程来看, 情况或恰好相反. 对于各种应用场景存在着诸多限制, 主要的限制可参考工信部的"工业互联网和物联网频率使用指南" 与 "微功率(短距离)无线电设备规范要求" 进行分析.
(1) ISM 中典型的 2.4G, 5.8G 被广泛的使用于 Wifi 协议设备. 根据 <工业互联网和物联网无线电频率使用指南(2021 年版)>, 严格限制于"局域网"的"无线接入系统", 而与"广域网(公众移动通信系统与专用移动通信系统)"相区别.
(2) 正如我们在 <工业互联网与物联网使用频段整理与讨论> 文中所引用的, 局域网中的"无线接入系统", "对于安全可靠性要求不高的工业互联网和物联网业务,可酌情使用 2400MHz、5100MHz 和 5800MHz 频段的无线接入系统(无线局域网)。工作在上述频段内的无线电台(站)或者无线电发射设备不能独占或排他性地使用频率。由于易产生相互有害干扰,建议区域或者局部使用。"
(3) 我们设计这样一个应用场景: 阿里, 腾讯, 或海康威视等某个大型企业, 充分利用普及应用且价格低廉的的 Wifi 热点, 并使用跨区域布放大功率无线桥接设备, 或者可以以较高性价比的方式, 实现跨区域比如省级, 甚至全国性的专属企业网络(硬件通信回路完全自有). 从而通过对数据采集存储处理实现独享, 并进行数据分析或数据交换实现数据价值.
那么这样一个全国独享企业网络能够实现吗?
"由于易产生相互有害干扰,建议区域或者局部使用。" - 根据公告文件, 可推测这或是不被鼓励或需要相应部门审批的; 且结合该文件上下文来看, 或是违反该"无线接入系统" 作为 "局域网" 被定义的初衷的.

4. 与 "52号文解读"关于 ISM 定义的认知差异
节选自 "《中华人民共和国工业和信息化部公告2019年第52号》解读(2019-11-28) " 文件:
问:我国指定用于工业、科学及医疗(产生射频能量,以下简称ISM)应用的频段有哪些?与其他国家或者区域有何不同?

答:在我国,根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》及其中脚注5.138和5.150,6765-6795kHz(中心频率6780kHz)、61-61.5GHz(中心频率61.25GHz)、122-123GHz(中心频率122.5GHz)、244-246GHz(中心频率245GHz)频段用于ISM应用,但其使用须经无线电主管部门给予特别批准;13553-13567kHz(中心频率13560kHz)、26957-27283kHz(中心频率27120kHz)、40.66-40.7MHz(中心频率40.68MHz)、2400-2500MHz(中心频率2450MHz)、5725-5875MHz(中心频率5800MHz)、24-24.25GHz(中心频率24.125GHz)频段也用于ISM应用,在这些频段内工作的无线电业务必须承受由于这些ISM应用产生的有害干扰。

国际上,433.05-434.79MHz(中心频率433.92MHz)频段是国际电联第一区部分欧洲国家指定用于ISM应用的频段,902-928MHz(中心频率915MHz)频段是美国等国际电联划分的第二区国家指定用于ISM应用的频段。与欧美相比,包括我国在内的大部分国际电联第三区国家在100MHz-1GHz频段中没有指定用于ISM应用的频段。

根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》,上述指定用于ISM应用的频段也划分给了无线电业务使用,不论是ISM应用还是符合划分的无线电业务,都可以使用上述频段,但均要符合我国无线电管理有关规定。

讨论:
(1) 根据我们对 <中华人民共和国无线电频率划分规定> 公告文件的理解, 中国大陆的 ISM 频段已获定义, 并文件中已"散装"的形式明确定义, 在本文中 2.2 节中进行了节选.
(2) 该份 "《中华人民共和国工业和信息化部公告2019年第52号》解读(2019-11-28) " 公告文件, 提及 "与欧美相比,包括我国在内的大部分国际电联第三区国家在100MHz-1GHz频段中没有指定用于ISM应用的频段". 与上述文件中的中国大陆 ISM(若干SubG频段)的清晰定义相矛盾. 由于"无线电频率划分规定"是可用频段的"字典大全"式约定, 此处疑似"解读"公告未能像我们一样, 进行大量阅读查询理解, 产生的矛盾认知. 当然, 或有可能是表达形式的问题, 毕竟公告亦为工信部发布, 似可能表达上的我们理解出现误区, 或在某处有新的公告文件不为我们所知, 产生含糊不清晰的认识.

P.S. 我们的整理或多有不完全不完整之处,  敬请指正.

 



作者: allen_zhan, 来源:面包板社区

链接: https://mbb.eet-china.com/blog/uid-me-1238440.html

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