IoT的快速發展迫使人們重新思考傳統Wi-Fi，Wi-Fi HaLow與傳統Wi-Fi有何不同？

TECHSUGARTECHSUGAR 發表於 2021年6月22日 15:00 2021-06-22

Wi-Fi就像是我們互聯世界的氧氣，是當今最普遍的無線網路協議，承載了超過一半的網際網路流量。「Wi-Fi 是一個通用術語，指的是經過二十多年發展而成的802.11協議家族。Wi-Fi聯盟是推動Wi-Fi應用和發展的組織，該組織用數字命名法，簡化了常用的幾代Wi-Fi名稱，例如，Wi-Fi 4 = 802.11n、Wi-Fi 5 = 802.11ac 、Wi-Fi 6 = 802.11ax。您正在家裡或工作場所使用的，很有可能就是這些類型的Wi-Fi。

儘管Wi-Fi 4/5/6無處不在，但物聯網（IoT）的快速發展，迫使人們重新思考傳統Wi-Fi，揭示技術差距，重新定義802.11協議在現今超低功耗物聯網設備的無線連接世界中應該發揮的作用。物聯網和機器對機器（M2M）應用，對遠端連接和低功耗的更高要求，促使人們需要另一種為物聯網而最佳化的Wi-Fi。

Wi-Fi HaLow（發音為HEY-low）協議，透過提供超低功耗的無線解決方案，填補了這一空白，與傳統Wi-Fi相比，該方案可以在更遠的距離和更低的功耗下，連接更多的物聯網設備。該協議於2016年得到了IEEE 802.11ah任務組的批准，被Wi-Fi聯盟稱為Wi-Fi HaLow。

Wi-Fi HaLow本質上是一款低功耗、遠距離、多用途的Wi-Fi版本，在免許可的1 GHz頻譜下運行。Wi-Fi HaLow標準結合了能效、遠端連接、低延遲、高解析度影片品質數據速率、安全功能和本地IP支持，是無線連接、電池供電的物聯網設備的理想協議選擇。讓我們仔細看看Wi-Fi HaLow和傳統Wi-Fi之間的一些主要分別，以及為什麼802.11ah協議非常適合物聯網應用的連接要求。

一種省電的協議

Wi-Fi HaLow為耗電的物聯網設備，提供了卓越的能效。IEEE 802.11ah規定的各種複雜的休眠模式，使HaLow設備能夠長時間處於極低功率狀態， 節省電池能量：

TWT（Target wake time）：這允許工作站（STA）和存取點（AP）預先安排一個時間，喚醒休眠的節點以存取訊號。

RAW（Restricted access window）：存取點可以授予工作站子集傳輸其資料的權限，而其他工作站則被迫休眠、緩衝非緊急數據或兩者兼而有之。

BSS（Basic Service Set ）空閒期：這將工作站的「允許空閒期」延長至五年。

TIM（Traffic Indication Mapping ）： 更有效地分組編碼TIM，節省信標（Beacon）的傳輸時間。

短MAC標頭：將低標頭傳輸虛耗、傳輸時間和功耗，並釋放無線電波頻段。

空值PHY協議數據單元（NPD）：這將類似MAC的ACKs/NACKs嵌入PHY層，以減少時間和功耗。

短信標：短（有限）信標頻繁發送以同步工作站，而完整信標的發送頻率較低。

BSS著色機制：顏色分配表示特定接入點的BSS組，而站點可以忽略其他顏色。

雙向TXOP（BDT：Bi-directional TXOP）：當喚醒工作站，發現存在用於傳輸的上行和下行訊框（Frame）時，會減少介質的存取次數。BDT使用實體層協議資料單元（PPDU）的訊號（SIG）字段中的響應指示，以增加對第三方工作站傳輸的TXOP持續時間保護。

該協議的高效休眠和電源管理模式，支援物聯網設備使用電池運行多年，以及多種靈活的電源和電池大小選擇，從採用鈕扣電池的短距離物聯網設備，到傳輸超過一公里的更高功率、採用更大電池的應用。與2.4 GHz和5 GHz頻段的Wi-Fi協議相比，該協議採用的sub-GHz窄頻訊號，傳輸距離更遠，能耗更低，讓每單位能耗可傳輸更多數據。

因此，Wi-Fi HaLow晶片所需的功率僅為傳統Wi-Fi晶片的一小部分。雖然傳統Wi-Fi的數據速率較高，讓使用者能夠在2.4 GHz、5 GHz和6 GHz頻段，使用寬頻頻道快速傳輸高解析影片和下載大量檔案，但這些Wi-Fi連接的有效距離很短，電池消耗很快，需要頻繁充電或更換電池，或者最好有一個主電源連接。基於這些原因，Wi-Fi HaLow是電源受限的物聯網設備的更好選擇，這些設備需要達到更遠的距離，並能用電池運行數年，同時仍然提供較高的數據吞吐量。

Wi-Fi HaLow的sub-1 GHz協議優化了滲透率、覆蓋範圍、功率和容量。

覆蓋範圍更廣

802.11標準涵蓋的頻率範圍非常廣泛，從sub-GHz到毫米波（mmWave）。Wi-Fi HaLow是第一個在免許可的sub-GHz頻段運行的Wi-Fi標準。Wi-Fi HaLow提供的數據速率，從幾百kb/s到幾十Mb/s不等，傳輸距離從幾十公尺到一公里以上。

與傳統Wi-Fi使用的最窄的20MHz頻道相比，Wi-Fi HaLow的sub-1 GHz訊號使用更窄的頻道，從1MHz到更窄。由於頻道中的熱雜訊較低，這種20倍的頻寬系數轉化為13 dB的link budget改進。與傳統的2.4 GHz Wi-Fi相比，750 MHz – 950 MHz之間的RF頻率，需要額外增加8dB-9 dB的link budget，進而節省自由空間傳輸損耗。此外，Wi-Fi HaLow協議增加了一個範圍最佳化的調變和編碼方案（MCS10），可提供額外的3dBlink budget改進。

總之，與傳統的2.4GHz IEEE 802.11n（Wi-Fi 4）相比，Wi-Fi HaLow提供了高達24dB的link budget改進。與頻率更高、頻寬更寬的802.11ac（Wi-Fi 5）和802.11ax（Wi-Fi 6/6E）協議相比，Wi-Fi HaLowlink budget優勢進一步增強，其使用頻寬更寬的5GHz和6GHz頻譜。這就解釋了為什麼Wi-Fi HaLow訊號的傳輸距離，是傳統Wi-Fi的十倍，而不需要網路擴展器。例如，電池供電的攝影鏡頭可以放置在家裡或車庫外牆更方便的地方。照明系統可以從單個AP控制，而不管燈具是在室內還是室外的花園裡。

為終端使用者提供無線物聯網解決方案，覆蓋數百公尺的距離，而無需額外的擴展器或昂貴的手機行動網路，是802.11ah協議的一個關鍵競爭優勢。Wi-Fi-HaLow的遠端覆蓋優勢，擴展了智慧型家居和智慧型城市網路的範圍，讓使用者能夠控制1公里以外的物聯網設備，遠遠超出了傳統Wi-Fi協議的覆蓋範圍。

訊號穿透力更強

一般來說：頻率越低，覆蓋範圍越遠，穿透障礙物的能力越強。Sub-GHz 的Wi-Fi HaLow訊號可以比傳統Wi-Fi更容易穿過牆壁和其他障礙物。與2.4GHz和5GHz頻段的Wi-Fi協議相比，住宅和商業建築的建築材料和布局的變化，對sub-GHz HaLow訊號的影響較小。Wi-Fi HaLow可以穿透牆壁和建築物，這有助於減少客戶投訴和產品退貨，這些問題有時會困擾使用傳統Wi-Fi的產品。

Wi-Fi HaLow使用正交分頻多工（OFDM）調變，來校正反射和多徑環境。無論設備製造商的產品是在室內還是室外，或者是在地下室還是閣樓，Wi-Fi HaLow都可以確保設備與接入點之間有穩健的連接。這種靈活性消除了提供專有集線器或橋接設備以補償不同家庭架構的額外成本和複雜性。

高度可擴展的解決方案

單個Wi-Fi HaLow接入點可以處理多達8191個設備，是傳統Wi-Fi接入點的4倍多。在可預見的未來，這足夠連接每個LED燈泡、電燈開關、智慧型門鎖、電動窗簾、恆溫器、煙霧探測器、太陽能電池板、監控攝影鏡頭或任何可想像的智慧型家居設備。典型的家庭Wi-Fi路由器，通常支援幾十種設備。當頻寬服務提供商在家居中進行部署時，單個Wi-Fi HaLow接入點可以成為一個可擴展的平台，用於提供額外的安全和公用事業管理設備和服務。

多種訊號傳遞選項，減少了管理和控制大量HaLow設備所需的開銷。這樣可以最大限度地減少訊號衝突，並為有源設備釋放無線電波，以便以最快的調變和編碼方案（MCS）速率傳輸更多數據。與傳統Wi-Fi一樣，HaLow可以根據訊號完整性和與接入點的距離，自動調整頻寬。預定義的MCS級別支持單流、單天線產品的頻寬從150 Kbps到40 Mbps，使用的頻寬從1 MHz到8 MHz，80 Mbps的能力也可通過使用可選的16 MHz寬頻道來實現。

Wi-Fi HaLow的星形網路拓撲結構、卓越的穿透力、廣闊的覆蓋面積和巨大的容量，將無線連接從難以部署和頻寬受限的網狀網路中解放出來，簡化了網路安裝，並將總體持有成本降至最低。

具有抗噪性的免許可頻譜

與採用2.4GHz、5GHz和6GHz頻段的傳統Wi-Fi一樣，Wi-Fi HaLow使終端使用者能夠擁有自己的設備並使用免許可的sub-GHz無線電頻譜，範圍從750MHz到950MHz。Wi-Fi HaLow的可用頻率範圍、最大傳輸功率和占空比，在世界各地有所不同。（例如，美洲可用的HaLow頻譜是902 MHz至928 MHz，而在歐洲是863 MHz至868 MHz）。

Wi-Fi HaLow在工業、科學和醫療（ISM）頻段內運行，可以使用多種頻段：1MHz、2MHz、4MHz、8MHz和16MHz。頻寬越窄，訊號傳輸的距離就越遠。使用OFDM，以跨多個子頻道的數據包形式傳輸數據，這可以提高在具有挑戰性的RF環境中的性能，特別是當有來自其他無線電設備的強干擾時。前向錯誤更正（FEC）編碼也為恢復數據包提供了額外的保護，確保穩健的連接。

安全性和互通性

與其他IEEE 802.11 Wi-Fi版本一樣，Wi-Fi HaLow是一種固有的安全無線協議，支援最新的Wi-Fi認證要求（WPA3）和空中傳輸（OTA）AES加密，其數據速率可以實現安全的OTA韌體升級。

就像其他類型的Wi-Fi一樣，HaLow是一個全球公認的標準（IEEE 802.11ah），定義了連接設備如何進行安全認證和通訊。採用Wi-Fi HaLow的設備供應商，可以保證其產品和網路，將按照Wi-Fi聯盟的開髮指導來實現互通性。由於Wi-Fi HaLow是IEEE 802.11標準的一部分，Wi-Fi HaLow網路也可以與Wi-Fi 4、Wi-Fi 5和Wi-Fi 6網路共存，而不影響其RF性能。

本地IP支援

所有物聯網路都需要網路協議（IP）支持，以實現雲端連接。由於Wi-Fi HaLow是802.11 Wi-Fi標準，因此它提供本地TCP/IP支持。這種內建的IP功能，意味著物聯網連接不需要專有閘道器或橋接器。所有連接到具有Wi-Fi HaLow功能的路由器的客戶端設備，可以使用IPv4/IPv6傳輸協議，直接連結網際網路，以獲得基於雲端的服務和物聯網數據的管理。

HaLow效應：延伸範圍，拓展物聯網的可能性

傳統Wi-Fi的網路擁塞、範圍限制和較高的功耗，以及可連接到單個AP的設備數量有限，在當今物聯網設備的世界中已不再可行。這些限制阻礙了各行業出現的以物聯網為中心的新商業模式，這些模式需要更遠的距離、更大的容量、更靈活的電池和電源選項，同時最大限度地降低部署成本。

作為一種遠端協議，Wi-Fi HaLow支持那些2.4GHz和5GHz Wi-Fi無法達到的室內外物聯網應用，例如遠端監控鏡頭、門禁網路甚至無人機。其他潛在的使用案例包括大型公共場所，如體育場館、購物中心和會議中心，在這些場所，單個Wi-Fi HaLow接入點可以替代大量的接入點，無需複雜的網狀網路，簡化了安裝，降低了總持有成本。

工業物聯網、過程控制感測器、大樓自動化、倉庫和零售店等眾多應用，也將受益於這種遠端、低功耗協議，讓無數設備能夠在日益自動化的世界中保持連接。事實上，Wi-Fi-HaLow在傳統的802.11協議中因其覆蓋範圍、能效、容量和多功能性而脫穎而出。

附圖：▲Wi-Fi 4/5/6與Wi-Fi HaLow的比較
▲ 傳統的Wi-Fi 4/5/6協議，使用更高的頻率和更寬的頻寬來最大化吞吐量。
▲ 比較802.11n/ac（左）和802.11ah（右）的吞吐量與範圍。（資料來源：Sensors期刊（Basel ）。2016年11月，IEEE 802.11ah：一種應對物聯網挑戰的技術，作者：Victor Baños-Gonzalez, M. Shahwaiz Afaqui, Elena Lopez-Aguilera, and Eduard Garcia-Villegas）

資料來源：https://www.techbang.com/posts/87835-wifi-halow-iot?fbclid=IwAR1P3nR4iV8V3ZhhOO4zX7GZ_9Tz4v5MBzLlCX3aXYbnOCVqPYi58LPFrmQ

2020.08.20
過了兩天訊號不佳的日子,
泰泰覺得是時候再度向T電信反映,
原本想說聽捧油的建議直接向NCC申訴,
但後來想想怕這樣太過直接,
會害到承辦的櫃檯小姐,
下午還是先打客服專線吧!

客服電話轉接再轉接,
最後由負責網路通訊部的客服接手,
泰泰再度將前因後果事由告知這位客服,
對方則依然很客氣的說會再請工程師看看有無解決的方法,
泰泰：「其實我本來要向NCC反映的申訴內容都打到一半了,想想應該好像要知會一下你們會比較好!」
這之後泰泰就聽到對方不停在敲鍵盤的聲音,
應該是在做紀錄了吧!
客服：「感謝您再次給我們機會,我剛剛已經將您反映的內容列為急件,工程師應該最晚3~5天內會和您聯絡!」
泰泰：「嗯~再麻煩你了!不然這樣前前後後我已經一個多星期沒吃到飽的網路能好好用,你們的客服只會建議我想辦法用WIFI,我心裡其實覺得蠻糟糕的!然後最後一通電話說要把基地台天線轉過來這個方向,那萬一之後那邊的住戶抗議了,你們天線再轉回去,那問題還是沒解決啊!」
客服尷尬的笑了幾聲：「嗯~其實是因為紀錄中您住家的確是收訊死角,我會請工程師盡快聯絡您,今天以內會給您電話!」

兩個多小時後,
T電信的工程師來電了,
先是說會以他們那邊為努力方向做調整,
真的不行的話再討論是否以泰泰提過的安裝室內強波器來改善,
要泰泰從明天起一連四五天感受一下有無效果!
通話完畢後過沒幾分鐘同一位工程師又來電,
說他還是直接幫泰泰申請讓廠商來安裝機器吧!
請泰泰這幾天注意廠商的來電!

於是截至目前為止,
事情的進度似乎因為提到申訴而快速許多呢!
接下來就等廠商來電約時間安裝機器吧! ρ（^o^）♪

【中國鐵塔的投資價值】

中國鐵塔股份有限公司
CHINA TOWER CORPORATION LIMITED

股票代號：0788
市盈率：84倍
每股盈利：$0.02
市值：$800億
業務類別：資訊科技器材
集團主席：佟吉祿
主要股東：中國移動有限公司（0941）（內資股及其他）（27.9%）
集團網址：http://www.china-tower.com

4年業績
年度：2015／2016／2017／2018
收益（億人民幣） ：88.0／560／687／718
營業利潤（億人民幣） ：-41.6／50.7／77.2／90.8
盈利（億人民幣） ：-36.0／0.76／19.4／26.5
每股盈利（港元）：-0.14／0.001／0.018／0.02
每股股息（港元）：--／--／--／0.003
ROE：--／0.06／1.54／1.72

--企業簡介--

中國鐵塔在2014年成立，是全球規模最大的通訊鐵塔基礎設施服務提供商，擁有約200萬個鐵塔站，並服務約300萬個租戶。

中國鐵塔由中國3大電訊商，即中移動、中國電信、中聯通，透過出資及資產注入成立，而3大電訊商又是其最主要客戶。

--業務簡介--

【圖1】--塔類與室內分佈業務示意圖

【圖2】--以鐵塔資源開展跨行業應用示意圖

【圖3】--樓宇室分站設備佈局示意圖

中國鐵塔的業務，可分為「塔類業務」、「室內業務」、「跨行業業務」，塔類業務為最大部分。

塔類業務，基於鐵塔資源，中國鐵塔與電訊商開展宏站及微站業務。宏站業務就是向電訊商，提供包括鐵塔及機房在內的鐵塔空間，並裝載其天線及設備，通過宏站業務，協助電訊商實現移動網絡在中國的廣泛覆蓋。

至於微站業務，中國鐵塔向電訊商提供包括杆塔、其他基礎設施資源，並裝載其微站設備。通過微站業務，協助電訊商，特別在人流與建築物密集的城市區，對其宏站建立的移動通訊網絡，進行深度覆蓋。

室分業務，中國鐵塔向電訊商，提供室內分佈式天線系統並連接其通訊設備。通過室分業務，協助電訊商實現樓宇與隧道內，室內區域的深度覆蓋。

跨行業業務，這是基於中國鐵地塔遍佈全國的鐵塔，與不同行業的客戶提供包括基礎設施、維護服務、電力服務等，以協助其建立全國性或地方性網絡。此外，中國鐵塔同時會提供數據採集、數據傳輸、數據分析、數據應用等，基於鐵塔的訊息服務。

簡單來說，中國鐵塔以鐵塔設施為基礎，向3大電訊商提供租賃服務，同時拓展跨行業應用作為新增長點。

--營運模式--

中國鐵塔的主要業務，是通過收購或自建鐵塔，向多個移動電訊商提供鐵塔的租賃服務，並同時承擔鐵塔的運營。

【圖4】--鐵塔鐵塔同時出租予電訊商

中國鐵塔通過鐵塔共享，利用單一鐵塔安裝多個租戶的設備，並向其提供服務，從而提升這企業單一鐵塔的利潤率。

中國的3大電訊商成立這公司的目的，是節省自建鐵塔的投入成本，同時，可減少基礎重複建設的資源浪費。而中國鐵塔的特點，就是資本開支龐大，現金流強，但股本回報率則處於低水平。

--壟斷市場優勢--

【圖5】--中國的鐵塔行業5大公司市佔率

以鐵塔數量計，這企業在中國通訊鐵塔基礎設施行業中，市佔率超過9成半，可說是中國實施「網絡強國」不可或缺的推動者。

中國鐵塔的鐵塔資源，可說在中國市場具有很大的優勢，首先，這企業由3大電訊商成立，而整個電訊行業都由這3間公司主導，另外，投資這類鐵塔，需要有龐大的資本開支，一般企業根本難以同這企業競爭，因此，中國鐵塔可說處於壟斷地位。

--與3大電訊商合作--

中國鐵塔由3大中國的電訊商成立，3大電訊商是這企業的大股東。

中國鐵塔的客戶均來自中國，3大電訊商為最大的客戶，同時，涉及跨行業業務，則來自不同行業的客戶，例如有環保、廣播、衛星定位、能源、海事與農業等多個行業。

中國鐵塔與3大電訊商之間的長期合作是互利互補的，中國鐵塔統籌電訊商的移動覆蓋需求，並將有關需求與這企業本身的鐵塔資源進行匹配，根據匹配結果可篩選已有鐵塔進行共享改造，或選址並建設新鐵塔以滿足其需求。

--行業發展--

中國鐵塔擁有約200萬個鐵塔站，高於世界上其他任何主要國家，而鐵塔目前是通訊的基礎設施。

【圖6】--全球若干鐵塔公司的數據（擁有3萬座以上）

以美國、印度及印尼鐵塔產業為例，與中國的情況有所不同，首先，外國鐵塔公司較為分散，營運商客戶數較多，較大型的鐵塔公司數量，美國有8家、印度為7家，印尼9家，單一鐵塔公司最高市佔率只有36%。而中國則集中在中國鐵塔這企業上。

另一點外國公司與中國公司不同的，就是塔均收入，外國公司的收入遠超中國，按總鐵塔計算，中國鐵塔塔均收入不足4萬人民幣。相對地，美國鐵塔、冠城（美國）鐵塔，印度塔均收入分別約為30萬、33萬、16萬人民幣，都高於中國鐵塔的塔均收入水準。

當中反映兩點，第一，中國的鐵塔資源運用較佳，行業則處於壟斷狀態，第二，中國鐵塔的賺錢能力不及外國公司，回報率較低。這兩點都反映中國政府，希望將資訊流通的成本減低，令中國更有競爭。由於這是政府的長遠大方向，因此，中國鐵塔的資產回報率及股本回報率，在長遠計，雖然仍有增長空間，但不會很高。

--5G時代--

【圖7】--多種鐵塔類別

5G網絡於2020年在中國市場投入商業應用，這會令電訊商產生新一輪的組網需求，同時更是大規模性。在5G網絡投入商用應用初期，4G網絡將與5G網絡並存，電訊商會優先利用已裝載宏站的鐵塔來裝載5G基站，以提供5G網絡的基本覆蓋。

由於速率及頻率的提高，5G訊號的傳輸距離相較4G訊號有所降低。相同環境下，相同功率的5G基站單站覆蓋半徑，將遠低於4G基站。因此，電訊商將需要增加5G基站部署。

除了提高5G宏站密度外，電訊商亦會利用微站及室分進行 補回覆蓋不到的位置。根據調查機構沙利文報告，預計中國在5到10年內共計投入人民幣1.2萬億元用於5G 網絡建設，預計到2023年，中國市場上5G基站數量將達到約240萬台，4G基站數量將達到約450萬台。

--發展前景--

中國政府推行「網絡強國」、「數字中國」、「智慧社會」的戰略，移動通訊行業將會有更快速的發展，對中國鐵塔來說，必然是一個機遇。

在提供鐵塔空間和配套服務的基礎上，中國鐵塔可進一步整合採集設備、傳輸網絡及數據平台等資源，向需要進行環境數據採集的客戶，提供基於鐵塔的訊息服務，如數據採集、數據分析及應用等。

另一方面，物聯網、大數據和人工智能等技術在中國的快速發展，帶動了訊息化建設需求的增長。在此背景下，中國鐵塔原本的電訊客戶，以及跨行業業務的新客戶增加，將成為增長動力。

--投資策略--

進入5G時代，電訊行業將會有更大的發展空間，而中國鐵塔將會擁有機遇，因此，這企業的業務有一定的增長力，加上壟斷行業，而中國的3大電訊商，都是其主要客戶及大股東，因此，企業優質度方面不用懷疑。

不過，這企業都有風險的，第一，資本開支大，雖然能擁有持續而穩定的現金流，但首先要作出龐大的投資，第二，回報率低，比起外國的鐵塔公司，這企業的賺錢能力明顯較低。

第三，5G的發展雖然強，但如果市場增長不如預期，這企業的投資回報將會減少，企業價值會減，而股價亦會受壓。

第四，美國曾提出利用太空技術，發展6G或更高的技術，雖然只是很初步研究階段，但如果有一日全面應用，有可能將中國鐵塔擁有的優勢推倒。

綜合而言，這企業有優質，有增長力，不過就略有風險。

另外，由於市場認為這企業有很大的潛力，因此估值常處略貴或貴水平，市盈率有時高得很誇張，投資者不要在熱炒時盲目投資。

這刻的市盈率超過80倍，但如果以下一年的盈利推算，預測市盈率約50倍，又不算貴得太誇張，因為這企業的盈利正增長，市盈率會達至「合理」水平。

之前的確略貴，現價可說處合理區頂，小注分注投資可以，但不能大注，同時一定要長線投資。

（本人為證券業持牌人士，未持有上述股票）