共享頻段部署問題複雜　授權頻譜扛起智慧電網通訊

專用頻譜加持好事多

使用專用頻譜有諸多優點——本文則列出幾個最重要的因素。 

・「客製化」服務滿足公用事業應用

專用頻譜系統不僅支援多種應用，更讓公用事業可以按照不同的業務需求來優先處理資料傳輸，以確保客製化服務得以實現。 

另一方面，在共用通道中運作的網狀網路，每次傳輸都會占用大量頻寬，導因於此技術使用的是點對點的資料傳輸，每道步驟都需要在一個新的頻寬通道中進行(圖1)。同樣地，從原點至端點發送訊號的累計頻寬總數也會顯著增加。 

圖1 在人口稠密的城市，欲成功布建射頻系統，必須確保建築物內與地下的高效穿透力，才能達到100%覆蓋率。

頻率在專用頻譜中運作，不會產生隱藏成本。頻譜成本始終納入營運支出(OPEX)。使用授權的頻譜系統，便可以規畫網路以及全方位部署智慧網路，從而計算前期成本。 

共用頻譜最初可能不會產生任何頻譜開支，但是一旦展開網路部署，資本支出(CAPEX)便會呈指數級增長。無法提供公用事業需要的連續頻寬覆蓋率將會導致使用更多的中繼器、存取點和其他資源。這種額外的硬體安裝需求不僅會增加設備成本，而且還需要儲存、驅動及回傳資料，也會導致操作效率下降。 

・阻絕有意/無意干擾問題　智慧電網網路保護周到

在授權頻率中操作時，頻寬專用於相關公用事業，以專屬方式分配。在受到有意或者無意的其他干擾時，電信機構將會全權支援並採取行動，以進一步保障通道的安全。 

相比之下，共用頻率以非專屬方式運作，其頻寬的性質意味著它們會與其他裝置共用通道。也就是說，公用事業永遠無法防範共用頻段中的其他系統操作者，可能造成有意或者無意的干擾。 

・快速資料傳輸

專用頻段直接使用通訊端點進行操作，可以是儀表，也可以是配電自動化(DA)裝置，確保最低延遲。使用專用頻譜的通訊系統專門在分頻雙工(FDD)上運作，提供較低的延遲。 

另一方面，共用網狀網路在到達每個節點時都會伴隨相應的處理步驟。這意味著為了讓資料流向資料收集元件(DCU)或者存取點，資料需要在儀表間持續「跳躍」，最終導致訊號緩慢抵達終端。網狀網路在分時雙工(TDD)上運作，並產生固有延遲。此方法可清除干擾並改善作業系統穩定性，也會增加延遲。 

・高輸出功率 

使用專用頻譜系統，公用事業可以使用高功率輸出來優化效能。與共用頻寬相比，專用頻譜的穿透性更深入、覆蓋率更佳。以印度為例，印度通訊及資訊科技部無線規劃協調局(WPC)在2005年3月11日宣布，由於共用網路是公用的，不允許產生超過1瓦輸出(或4瓦等效全向輻射功率)，因此共用網路的訊號覆蓋受到大幅限制。 

・提升建築物內及地下穿透力 

在人口稠密的城市，想要成功地布建射頻系統，必須確保建築物內以及地下的高效穿透力。專用頻寬的穿透力非常強，因為它可以使用較高的傳輸功率。然而，共用頻段的傳輸功率卻受到限制，意味著傳送功率是很低的。 

・低雜訊/高訊號強度

射頻通訊的基本要求是，通訊訊號必須強過背景雜訊到特定的量，並且訊噪比在可接受的範圍內，才能夠正確接收訊息。專用頻譜系統擁有與生俱來的低底噪(Noise Floor)，因為它使用專用頻率來確保其他應用程式或裝置無法共用頻寬。這可以在更大範圍內維持良好的訊噪比。 

相比之下，共用頻帶具有高底噪，通常克服低訊噪所使用的一個方法是，縮短傳送器和接受器之間的距離。這導致距離將低於射頻範圍，事實上是遠低於無線電覆蓋範圍。 

充分減少共用頻譜干擾的方法之一是，透過「展頻(Spread Spectrum)」調頻技術以使用較大的頻寬。這涉及到實施直接序列(Direct Sequence)(使用高速序列在大頻帶內傳播無線電能量)，或者更普遍的頻率跳躍(每傳送一條訊息，無線電通道將變換或「跳躍」一次至另一個不同的通道，或者在傳送一條訊息時「跳躍」多次)。 

單一專用通道確保重要 資料傳輸不受干擾 

警察和其他國家緊急應變部門全部使用專用頻率來確證資料傳輸。公用事業管理著數量龐大的資料，以支援社會某些基礎支柱，正因如此，更應該要使用專用通道來傳輸關鍵資料。如告警或是配電自動化的時間關鍵資料，需經由專用通道傳輸，以確保不會受到其他裝置干擾(圖2)。 

圖2 FlexNet遠距無線通訊系統為Sensus特有的專利技術，此智慧電網平台可應用於智慧水表、電表、瓦斯等基礎建設。

共用頻譜操作員較建議透過管理跳頻來規避干擾，以減少干擾。然而，為了執行跳頻，將會需要更大的頻寬，國家通常會指定固定大小的共用頻率，這會導致端點不足，以及所承載的資料量不足。 

 保證頻率不會被再次分配

專用頻譜通常是由監管機構分配，可以使用超過10年。監管機構根據智慧儀表的預期使用壽命去分配年數，以確保整個智慧網路解決方案在整個決策過程中被視為一個整體。 

另一方面，選擇共用頻譜可能會導致其非常靠近另一頻帶。例如，分配給電信部門的頻譜通常是國家的一大收入來源，也是要擴展的首要項目之一。在這種情況下，可能會導致國家關鍵性基礎建設不受支援。 

為了全面支援智慧電網計畫，確保國家關鍵性基礎設施的連接性，頻譜的選擇與可用性至關重要，包含使用專用頻譜可確保更佳的訊噪比、低干擾，並且確保連接性(圖3)。所有以上因素有助於滿足發展中智慧產業日益增加的需求，並確保智慧電網能成功推出，最終提高運作效率。 

圖3 Sensus提供十分彈性的服務模式，客戶可選擇自行管理與維運整個通訊系統或是「軟體即服務(SaaS)」，甚至是將全方位解決方案交付給公用事業經營。