进化的LTE将连接到物联网的新时代

物联网在这里今天以及积极部署,但仍然有相当大的工作进行优化网络的许多方面。最重要的是访问技术,存在或新兴使“最后一英里”物联网连接对象的连接。无线访问广泛融入两个主要领域:许可乐队和未经授权的乐队。短程无照带技术,如蓝牙、内部wi - fi和802.15.4,提供服务已经盛行,我们正开始看到无照广域通信的出现如罗拉,Weightless-P和802.11啊,都将在连接设备中起着关键作用。

授权频带技术物联网机会反应缓慢,部分原因是行业关注的移动宽带服务由智能手机革命。几十年来,我们看到所谓的机器对机器(M2M)服务部署在2 g系统,如GSM。这些服务通常部署在场景需要支持广域无线网络加上流动性,如运输、物流和车辆跟踪。通过3 g和LTE标准进化,能源和复杂性要求的技术远远伸出物联网设备的需求。因此,3 g和LTE只是用于少数利基用例要求更高的数据速率连接,如视频监控。

3 gpp的最新化身发布13重新处理平衡工作,介绍了改进的标准更多地专注于物联网的用例和交付节能连接许可的乐队。LTE-MTC(机器类型通信)的目标是提供高效连接现有的LTE网络。夹杂物的迁移,这种技术承诺提供一个期待已久的升级路径对大多数2 g M2M今天连接。

LTE Cat-M细胞标准的好处相比非细胞的技术。一个显而易见的好处是LTE的现有的基础设施,在世界各地的运营商已经推出了自2009年以来,这一技术。根据GSA,现在有480个LTE网络推出的157个国家。除了Cat-M1, 3 gpp标准还定义了一个“白纸”称为窄Band-IoT (NB-IoT),其目的是在特许经营乐队提供广阔的区域内物联网连接。NB-IoT提供的前景进一步降低终端设备的成本和复杂性同时将授权频带部署的优势。

有几个不同的新兴与LTE Cat-M广域无线技术,基于SigFox等规格,罗拉和失重。他们的目标非常低功耗、低吞吐量应用程序通常在未经授权的频谱。虽然每个解决方案都有其优点和缺点,一个优势与LTE Cat-M NB-IoT在这些层次清晰的解决方案是,他们可以利用现有的网络基础设施。事实上,基站提供者宣称LTE Cat-M和NB-IoT技术只需要一个软件升级到支持最新的标准。网络部署成本,因此,将几乎是零。

设计注意事项

物联网终端节点的成本和功耗是关键需求中看到许多用例,假设电池驱动的设备,应该持续10年。物联网的新3 gpp类别的目标是能够操作2节aa电池超过10年。

有几个关键增加Cat-M规范在3 gpp发布13提供低成本和功耗。下面的图展示了不同LTE类别不同的关键参数。第一个LTE规范版本8指定4类别,与Cat-4最高类别支持下行150 mbit / s。现代复杂性来源于这一类和规范化。Cat-0中指定发布12竞争LTE作为中间一步为物联网应用程序规范。LTE Cat-0的复杂性与LTE Cat-4估计下降了40%主要是由于低数据率也从双工模式的变化,在半双工模式消除了需要一个双工器,所以节省了成本。LTE Cat-M Cat-0的优化物联网版本,主要变化是系统从20 mhz带宽减少1.4 mhz。另一个重要的变化是传输功率降低到20 dbm。减少不需要外部功率放大器,使单芯片解决方案,再次降低成本。

这个标准的演变是好的,但设计师们面临着挑战:如何实现LTE Cat-M,继续压低成本,大小和功率曲线。

一种方法是重新考虑组件的选择。例如,传统上,一个单独的数字信号处理器(DSP)已被选为执行算法转换和过滤等,需要特别密集的数学计算。DSP的架构设计提供优化的数学运算的实现这些算法中找到。相反,这意味着他们并不是特别适合于微控制器的控制任务通常由标准。

微控制器,另一方面,通用,通常为基本数据和运算处理,优化标准外设接口,处理用户界面,并提供通过一个网络接口连接。然而,微控制器通常不擅长表演强烈数学算法因为他们缺乏所需数量的寄存器和支持这些计算的专用指令集。

设计团队可以缩小multi-chip解决方案将DSP和单片机功能分开,但multi-chip解决方案必然在房地产工作,成本和电量有限物联网世界?不总是,因此需要考虑其他方法。

例如,手臂Cortex-M4和Cortex-M7处理器的一个关键特性是DSP的除了Thumb-2指令集扩展。这些指令加速数值算法和直接提供机会执行信号处理操作在一个微控制器不需要外部数字信号处理器。

常见的设计方法对物联网

重新练习在现代设计中是有价值的。自然的方法在设计一个低成本和低功耗数字调制解调器采用以前的现有架构新的低要求。这种方法导致了传统建筑基于一种或多种通用处理器(gpp),需求方和加速器。

使用这种方法有很多优势,还有些缺点。最重要的优势是重用。缩小一个完整的现代能够只支持LTE Cat-M甚至NB-IoT可以减少总设计工作。但是最终的架构,最初是基于一个完整的LTE的架构,可能不是最优的成本和功耗自完整的LTE现代比Cat-M / NB-IoT调制解调器完全不同。减少GPP和DSP核的数量,使用低ARM和DSP核心,降低时钟频率和内存时典型的方法缩小一个完整的现代走向Cat-M LTE / NB-IoT调制解调器。实现真正的低功率和低成本不同的方法可能是有利的。

LTE物联网体系结构

由于增强了3 gpp LTE Cat-M标准,为即将到来的建筑简化也是可能的。传统的方法,其中包括GPP、DSP和加速器,可以简化。团队可以考虑,例如,使用手臂Cortex-M4处理器DSP指令和预编译优化信号处理库。而不是使用一个专用的DSP信号处理算法,这种处理器可以运行一些传统的算法在DSP上运行。最重的算法,在信号处理方面,仍运行在专用加速器以满足时间和降低功率。识别潜在的算法处理器包括:候选人FFT、信道估计、均衡器,调制和解调。算法映射到专用的HW包括:大量毁灭,初始过滤、同步和解码。

物联网是一个勇敢的新世界的设计师,充满了机遇和挑战。与物联网用例要求超低功耗加上低成本、设计参数和标准连接正在改变以满足这些新要求。完全没有必要放弃过去,然而。仔细考虑新的方法,新的体系结构和组件选择设计着眼于权力和成本效益可以帮助发展标准,如LTE和可以帮助团队成功地进入这个新的世界。

首席执行官米甲Stala,马格努斯Midholt联合创始人Mistbase(一个部门合作伙伴提供无线物联网解决方案),我写了一份白皮书,跳水更深入这个话题。你可以在这里下载。