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用于物联网应用的调制解调器

发布时间:2020-07-13

  固然目前 nRF91 系列的软件架构还是处于保密状况,但 Nordic 协助开辟职员的政策还是是正在尽或者简化编码和除错无线使用的同时,撤消射频工程的固有丰富性。这将使全部人都能运用蜂巢式技能,并慰勉那些缺乏无线技能体味的开辟职员寻找其上风,并阐述他们的创造力来推出新产物。Nordic 已操纵该政策将低功耗蓝牙技能扩大到环球各地;nRF91 系列 SiP 希望将蜂巢式技能引入聪明手机除外的全部范围,告竣同样的佳绩。

  咱们与美邦的射频接连处置计划公司 Qorvo团结,行动射频前端和 SiP 开辟和修筑的政策团结伙伴。nRF91 SiP 采用 Qorvo 成熟的 RF 前端、进步封装和 MicroShield 技能,供应了兼具高本能和低功耗的紧凑型处置计划。因为 咱们的众形式 LTE-M / NB-IoT 调制解调器、无 SAW 收发器以及Qorvo 的订制化 RF 前端处置计划彼此联络,使得nRF91 系列可操纵简单 SiP 型款告竣环球运作。

  然则用于这些使用的调制解调器不适合 IoT。开始,很众 IoT 运用正正在逐渐裁减的古板 2G 搜集,这些2G 技能无法高效劳地操纵它们所获分拨的频谱,而这些频谱是 4G 和即将到来的 5G 流量额外必要的,所以,这些旧技能实践上到 2025 年前便会消散。其次,蜂巢式 2G、3G 和 4G LTE 调制解调器很贵,体积宏伟且功耗很大。由于它们务必打算为吻合电讯法式协会的第三代团结伙伴准备 (3GPP) 之中,用于更高种别 ( 更高模糊量 ) 操作的典型。

  蜂巢式技能不断从此仅用于搬动和工业 M2M 使用,然而一种全新的蜂巢式调制解调器即将带来改动。

  蜂巢式技能的浩瀚上风曾经惹起了掌管树立物联网 (IoT) 的工程师所注视。蜂巢式技能希望把长途低功耗广域网 (LPWAN) 的 IoT 传感器直接接连到云端。此外,蜂巢式技能能够用作 LPWAN 的根底,而 LPWAN 可充任由低功耗蓝牙或 Thread 等短隔断无线技能援助的局域搜集 (LAN) 的云端网合。然则正在愿景变为实际之前,再有少许事务要举行。

  Nordic的 低功耗蜂巢式 IoT 处置计划还联络了蜂巢式和 GPS 技能的整合辅助 GPS (A-GPS) 技能,供应了告竣急迅无误定位的内置定位援助性能。

  跟着电讯搜集从 4G 编制向 5G 演进,低功耗LTE 也不会落伍,由于 3GPP 确保了该技能的升级途径。5G 正在几年后将运用更高的无线 GHz) 供应更高的模糊量,并将为 IoT 带来更大的开展动力。

  然而,蜂巢式调制解调器曾经找到了将高贵的长途资产接连到云端的利基市集。比如,用于把持聪明配电网的屯子智能电子兴办 (IED) 会守时通过蜂巢式调制解调器将音信发送回把持核心。像火车站等稠人广众的自愿售货机之类的贸易兴办的运营商,能够运用蜂巢式调制解调器将音信发送回总部,而毋须役使员工以人手反省库存,从而消重营运本钱。蜂巢式调制解调器也很受保全公司的接待,由于他们不行冒险采用诸如 Wi-Fi 等牢靠性较低的无线技能。

  这个 SiP 运用整合的 Arm Cortex-M33 主解决器,装备用于 Armv8-M 的 TrustZone 和 ArmCryptoCell-310 安宁 IP。云云的安置容许微解决器和编制运用分开的可托实施处境来护卫使用步伐数据、固件和周边编制。与运用外部主机解决器比拟,该处置计划供应了高效劳的安宁根底,并减低了尺寸、物料清单 (BOM) 和功耗。

  高传输量的蜂巢式技能额外丰富且高贵,硬件体积宏伟且耗电宏伟。消费者容许承受本钱并每天为手机充电,由于该技能能无缝接取他们理想的效劳;然则对付 IoT 工程师来说,高传输量蜂巢式技能的高本钱、丰富性和功耗,令他们难以修筑由数百个紧凑型电池供电的传感器搜集,这些传感器是构成 IoT 的组件。

  这款SiP产物将古板蜂巢式模块的全部好处(征求长途拘押和蜂巢式认证 ) 整合到一个小外形尺寸产物中,其面积、厚度和总体封装体积分散为角逐处置计划的 33%、50% 和 20%。

  对付不熟练蜂巢式工程技能但思要操纵该技能的开辟职员来说,Nordic 奉行 nRF91 系列 SiP 打算的新办法,是一个枢纽上风。Nordic 已将其用于低功耗蓝牙处置计划的政策使用于这款新产物。借助低功耗蓝牙技能,Nordic 供应完美的单芯片 ( 无线电加解决器 ) 无线硬件和工场供应的 RF 答应客栈,撤消射频工程的底层丰富性。通过将 RF 答应客栈与使用步伐软件辞别,能够减轻开辟和除错事务的职掌。

  LTE-M 和 NB-IoT 产物曾经下手进入市集。咱们Nordic 的芬兰工程师将其 LTE 技能与挪威工程师的超低功耗无线技能相联络,打算出吻合 3GPP LTE-M 和 NB-IoT 典型的优化蜂巢式IoT 处置计划。

  目前,环球 LTE 根底措施正在很大水准上曾经正在 157 个邦度构成了 480 个搜集。为了援助低功耗LTE,必要举行少许升级 ( 紧要是软件 ),但与从最初构修根底架构比拟,这是微亏欠道的。因为装配了根底措施,对低功耗 LTE 的援助或者会急迅弥补,进一步激动其使用。少许测试装备曾经修成,而且少许邦度曾经有贸易安插。到 2018 岁尾,环球很大局部区域将会被搜集笼盖。

  蜂巢式技能的延续开展和成熟,使得工程师也许优化这种技能,以满意消费者和企业对普通性、牢靠性、安宁性和易用性的需求,它还为运营商供应了收入和时光来树立和巩固宏伟根底措施以援助环球笼盖。

  现正在是争分夺秒。爱立信指出,到 2023 年蜂巢式技能将急迅扩展到助力 18 亿 LPWAN 接连兴办中的 75%。

  比拟之下,私有技能依赖于 RF 频谱的未许可局部,这些局部务必与很众其他效劳共享。尽量采用了避免作对的技能,但因为很众效劳共享频谱分拨,因而很难抵达,更不消说要抢先 LTE 的节点密度、牢靠性和 QoS。私有的 LPWAN 供货商也面对着修构根底措施以援助搜集的紧要寻事。这些很或者是高贵和冗长的项目,导致采用速率放慢。

  第一代 (1G) 蜂巢式通信正在 20 世 纪 70年代面世。固然以模仿编制解决通信和手机不但费时出事而且高贵,然则这个理念取得落实开展,到 1990 年环球用户数目抵达了 2000万。时至今日,这个行业已开展了 28 年,遵循代外搬动运营商益处的 GSM 协会 (GSMA) 指出,搬动电讯用户群现已领先 50 亿。而最新一代蜂巢式技能 4G LTE 正在环球70 众个邦度的市集渗入率已领先 50%,以至告竣了十年前还无法遐思的低价值高画质串流媒体效劳。

  探讨到古板调制解调器对 IoT 的奇异征、低本钱、模糊量和功耗请求的倒霉影响,3GPP 正在 2015 年宣布其第 13 版本的规格时,将调制解调器类扩展到 LTE种别 M1(LTE-M) 和窄频 (NBIoT)。这一步骤慰勉开辟用于 IoT 使用的 4G LTE 调制解调器,这些 IoT 使用是运用更高种别单位时难以告竣的。

  低功耗 LTE 正在环球已分拨的许可频率下运转,许可频谱的上风对付很众 IoT 使用希奇有利;此中最枢纽的是频谱分拨的具有者 ( 运营商 ) 能够把持和分辨数据的优先级,而且这些频段不受其他 RF传输源的作对。其次,因为频谱分拨不与其他 RF播送共享,所以接连兴办之间的共存更容易处理。LTE 的共存技能运用了历程验证的频率和时域处置计划,以及其他机制,比如冲突射频讯号的“自愿拒绝”。

  为 IoT 接连产物采用低功耗 LTE 的企业能够操纵这种根底措施,而不消承受树立或保卫本钱,也许把资源投放于我方的效劳和贸易形式。

  该结果是 nRF91 系列的编制级封装 (SiP),一种低功耗的超小型蜂巢式 IoT 处置计划。因为该产物的打算旨正在满意物联网的奇异需求,所以其打算职员采用了与古板蜂巢式模块全体差异的本事,并增加了蜂巢式市集前所未睹的浩瀚性能。

  从 IEEE 802.11 和蓝牙无线等技能可睹,盛开法式鼓动了新技能的急迅采用。同样,遵循电讯兴办修筑商爱立信等公司和 GSMA 的睹识,低功耗 LTE或者带来“大范畴的 IoT”安插。GSMA 独立预测正在2017 年和 2021 年之间,蜂巢式 IoT 市集将以约 27%的复合年拉长率 (CAGR) 发展,爱立信和 GSMA 都以为低功耗 LTE 是激动这一拉长的枢纽要素。

  所以,LTE 能够援助每个基地站高达 20 万个主动式低功率调制解调器的节点密度。结尾,操纵 LTE答应传输的数据可避免受到伺探,由于该法式从一下手就融入了进步的安宁性。这些性能确保运营商能够供应牢靠性和 QoS 效劳。

  依附大凡的整合性和对环球营运的预先认证,nRF91 系列 SiP 驯服了蜂巢式技能正在 LPWAN 安插中的古板缺陷,而且满意了运用蜂巢式技能所需的总共天赋请求。

  蜂巢式技能的笼盖畛域比任何其他无线技能更好,其牢靠性来自运营商和兴办修筑商正在众年来络续举行的技能改正和激烈角逐。对构修无线传输编制的工程师而言,安宁性是紧要探讨要素,也是蜂巢式搜集的端至端优先级。蜂巢式技能内修高传输量以满意数百万用户接取串流视讯和其他数据群集型效劳的需求。壮健的通信答应以及用于蜂巢式通信的频谱分拨的拘押、许可和处理所告竣的质地效劳保障 (QoS),进一步加强了这些上风。

  咱们和其他企业以为,LTE和 NB-IoT 调制解调器是最有机缘告竣 LPWAN 的急迅大范畴安插和加快 IoT 的开展的技能,理由是 LTE 是一个盛开的法式,正在 RF 频谱的许可局部运转,操纵现有根底措施笼盖以及具有共存机制,这个共存机制容许扩展每个基地站的高节点数。比拟之下,与之角逐的 LPWAN 私有技能征求由某些公司具有和把持的组件,当其他供货商采用时要缴付许可用度并束缚产物分别化空间,而且正在未经许可的 RF频谱分拨 ( 一般正在低于 1 GHz 频率 ) 中很难告竣共存性,由于这些频谱是共享资源。

  nRF91 系列的重心是该公司的低功耗环球众形式 LTE-M / NB-IoT SiP 产物。这些 SiP 正在10×16×1.2mm 封装中整合了调制解调器、收发器、射频前端、专用使用途理器、Flash 内存、电源处理以及晶体和被动式组件,组成一个完美的低功耗蜂巢式 IoT 编制。

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