原创 ISM 频段中 2.4G 与 5.8GHz 设备的使用与限制

 2023-1-25 13:24  3938 10 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. ISM 频段定义中的 2.4G 与 5.8GHz

正如同 <对 ISM 频段的探索> 文中确定的, 2.4G, 5.8GHz 属于中国大陆 ISM 频段的定义, 该频段与世界其他大部分区域的 ISM 频段的定义亦吻合的. 类似 Wifi, Bluetooth, Zigbee 等协议设备, 或均使用到上述频段(如 2.4GHz).

正如同我们在其他文章中提出的问题, "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 频段设备, 就可以设计使用于任何使用场景呢"?

我们尝试给出回答是: "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".

这或许并不会让我们意外.

无线电使用开放通讯空域, 随着人类社会发展, 无线电通讯或遥控设备必将以惊人的数量爆发式出现. 设想在某个区域内拥挤大量高频通讯终端(假设相当部分缺乏跳频功能), 该场景的通讯质量可想而知.

回到讨论的话题, 对于 ISM 的 2.4G, 5.8GHz 的通讯频率, 我们主要还是基于遵循各管理指导文件的思路, 分产品类型进行下述探讨:

根据 <工业互联网和物联网无线电频率使用指南（2021 年版）> 文件中的频段定义, ISM 频段主要分布于"局域网"频段("无线接入系统"与"微功率设备"). 此外我们还发现使用该 2.4G, 5.8GHz 频段的, 或包括某些非上述定义的专属的设备类型, 如无人机(见: 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）>).

因此, 综合来看, 2.4G, 5.8GHz 可能被用于以下设备:

(1) "局域网"之"无线接入系统";

(2) "局域网"之"微功率设备";

(3) 不属于"广域网"或"局域网"定义的专属设备类型(如无人机等);

2. 属于"局域网"的"无线接入系统"

2.1 无线接入(局域)网中 ISM 频段上的 2.4G, 5.8G 功率定义

节选自 <关于调整 2.4GHz 频段发射功率限值及有关问题的通知>(信部无[2002]353号):

一, 自发文之日起, 调整 2.4 - 2.4835 GHz 频段无线电发射设备的主要技术指标如下:
(一)等效全向辐射功率(EIRP):
天线增益<10dBi 时: <=100mW 或 <= 20dBm
天线增益>=10dBi 时: <=500mW 或 <= 27dBm

2.2 无线接入(局域)网中的 ISM 频段上的 2.4G, 5.8G 设备管理

节选自 <关于加强和规范2400MHz、5100MHz和5800MHz频段无线电管理有关事宜的通知>(工信部无〔2021〕129号):

一、2400MHz、5100MHz和5800MHz频段划分给固定、移动、无线电定位、卫星固定、卫星地球探测、卫星无线电测定、空间研究等一种或多种无线电业务，2400MHz和5800MHz频段也指定用于产生射频能量的工业、科学和医疗（ISM）应用等辐射无线电波的非无线电设备，任何无线电台（站）或设备均不得独占或排他性地使用2400MHz、5100MHz和5800MHz频段内的频率。
二、根据对应的移动或固定业务无线电频率划分，2400MHz频段可用于宽带无线接入（含无线局域网）、蓝牙、点对点传输等无线电通信系统；5100MHz频段可用于宽带无线接入（含无线局域网）等无线电通信系统，且仅限在室内（不包括在汽车内）使用；5800MHz频段可用于宽带无线接入（含无线局域网）、点对点传输、电子不停车收费等无线电通信系统。

...

五、设置、使用无线局域网接入点（AP）、宽带无线接入系统中心站，以及点对点传输的无线电台（站），同时符合以下条件的，应当向所在地的省、自治区、直辖市无线电管理机构申请取得无线电台执照：
（一）部署于室外环境；
（二）工作在2400MHz频段的无线电发射设备等效全向辐射功率大于20dBm；工作在5800MHz频段的无线电发射设备等效全向辐射功率大于30dBm。

讨论: (1) "无线接入系统" 属于 "局域网"的设备定义, 典型的, 具有比"微功率设备"更高的发射功率. 这里的引用指出: 2.4G, 5.8GHz 的发射极限功率或 >= 27~30dBm 左右(注: 30dBm=1000mW).

(2) 设备被要求"部署于室外环境", 且 "应当向所在地的省、自治区、直辖市无线电管理机构申请取得无线电台执照"(注: 这里是否再次印证我们对于尽管属于 ISM 频段, 但设备设计或部署或仍需要遵循管理的前述评论).

3. 属于"局域网"的"微功率(近距离)设备"

如我们在 <微功率(短距离)设备的频段定义与使用特点> 中详细列举的(节选部分来自于"第52号文"):

3.1 微功率设备频段中 ISM 频段上的 2.4G, 5.8G 功率定义

"52号文"中定义了"F类设备(2.4G)", "G类设备(5.8G)", 也属于 ISM 的定义频段:

6. F 类设备
工作于 2400-2483.5MHz 频段的蓝牙技术设备、数字无绳电话、模型无线电遥控设备、无人机用设备不适用本条款。
（1）使用频率：2400-2483.5MHz。
（2）发射功率限值：10mW(e.i.r.p)。
（3）频率容限：75kHz。
7. G 类设备
工作于 5725-5850MHz 频段的蓝牙技术设备、无人机用设备不适用本条款。
（1）使用频率:5725-5850MHz。
（2）发射功率限值：25mW(e.i.r.p)。
（3）频率容限：100×10-6。

3.2 微功率设备的频率使用许可

来自<工业互联网和物联网无线电频率使用指南（2021 年版）>部分内容节选如下:
使用微功率设备，无需取得无线电频率使用许可，但应当遵守中华人民共和国工业和信息化部 2019 年第 52 号公告有关要求。

讨论: (1) 如定义说明, 这里微功率设备体现了发射的"微功率", 以及通信距离的"短距离" 的特点. 同样在 2.4G, 5.8G 的 ISM 频段上, 有别于无线局域网的频段定义(并使用"不适用本条款"进行了区别). 注: 10dBm=10mW; 14dBm = 25mW;

(2) 应用部署应遵守"第52号文"约定(或主要是发射功率与限制数据包发射频率等), 其部署无需无线电频率许可.

4. 无人机设备的 2.4G, 5.8GHz 频段

有趣的, 特定类型的设备(如无人机), 与"微功率(近距离)设备"在 2.4G 与 5.8GHz 的发射频率相同(但频段略略不同):

节选 <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）>:

（一）使用频率范围
2400-2476MHz、5725-5829MHz。
（二）发射功率限值
1.在 2400-2476MHz 频段，不大于 10mW（e.i.r.p）；
2.在 5725-5829MHz 频段，不大于 25mW（e.i.r.p）。

讨论: 在本次对中国大陆无线电频段, ISM 频段的定义, 以及设备使用(部署)的特点的系列文章中的 <对 ISM 频段的探索> 提到的:

"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)".

5. Wifi 与蓝牙设备在 2.4G, 5.8GHz 的频段使用

Wifi 与 Bluetooth 均使用了 ISM 的 2.4G 或 5.8G 频段. 考虑到系列文章的写就时间与个人兴趣, 我们未对相应的工信部管理的相应指南文章进行查询.

但基于上述广泛的文章查阅. 我们似可合理假设, "非工业"用 Wifi 与 Bluetooth 设备典型的,

(1) 不属于"局域网"中的"无线接入系统"中的"工业互联网与物联网"业务.

具体来说, 不属于上述产品规范中的, 大功率室外基站部署的管理对象(2.4G, 5.8GHz 的发射极限功率或 >= 27~30dBm).

(2) 同时, 也不属于"局域网"中的 "微功率(近距离)设备".

参考引用: "工作于 2400-2483.5MHz 频段的蓝牙技术设备、数字无绳电话、模型无线电遥控设备、无人机用设备不适用本条款。", 以及 "工作于 5725-5850MHz 频段的蓝牙技术设备、无人机用设备不适用本条款。".

某些网络出处提及, 上述设备需要信号核准(意味相应的核准部门测试验证成本), 或可向 module 供应商直接询问或更为准确.

ISM