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满足低功耗广域网智能应用的凯发app官网登录的解决方案
除了应用于室内的智能建筑应用之外,针对应用于户外的智能建筑/城市的物联网(iot)应用,则需要支持传输距离更广、功耗更低的传输技术,且通常需要采用电池操作,并能够支持以年为单位的使用时间,此时,低功耗广域网(lpwa)便成为这些热门应用的理想技术之一。本文将为您介绍lpwa的应用与发展,以及由murata推出的相关凯发app官网登录的解决方案。
侧重于功率效率和远距离数据传输的lpwa技术
可应用于较大范围的智能建筑、智能城市应用的lpwa网络,是一种专门用于将设备互连在一起的无线通信技术,侧重于功率效率和远距离数据传输。lpwa很适合物联网(iot)、机器对机器(m2m)等应用,以及许多其他需要以较低成本和功耗运行的应用,目前lpwa技术正在迅速兴起当中。
lpwa网络可以利用不同的网络技术来传输数据,包括使用蜂窝网络、lora网络技术。像是使用蜂窝网络的lte-m技术,lte-m是lte cat-m1或长期演进(4g),类别m1的缩写,该技术用于iot设备直接连接到4g网络,通过像是at&t或verizon等移动网络运营商(mno)进行网络连接,并无需网关且通常使用电池操作。
lte-m包括emtc(增强型机器类型通信)标准,这是一种由3gpp开发的低功耗广域网(lpwan)无线电技术标准,可实现广泛的蜂窝设备和服务(特别是m2m和iot应用)。lte-m具有更高的数据速率,支持移动性和网络语音,但需要比窄带物联网(nb-iot)更大的带宽,并且不能像nb-iot一样放入保护带频段。
nb-iot则是一种基于标准的lpwa技术,旨在支持各种新型iot设备和服务。nb-iot显着改善了用户设备的功耗、系统容量和频谱效率,尤其是在深度覆盖方面。nb-iot使用lte标准的一个子集,但将带宽限制为200khz的单个窄带。
针对低功耗、低比特率和物联网应用的lora技术
lora(来自“long range”长距离的简称)则是一种物理专有无线电通信技术,它基于源自线性调频扩频(css)技术的扩频调制技术,它由一家法国公司cycleo开发,后来该公司被semtech收购。lorawan™(广域网)则定义了通信协议和系统架构,是国际电信联盟(itu)的官方标准。lora和lorawan™共同定义了一种lpwa网络协议,旨在将电池供电设备无线连接到区域、国家或全球网络中的互联网,并针对关键的iot要求,例如双向通信、端到端安全、移动性和本地化服务。lorawan™数据速率范围为每信道0.3 kbit/s至50 kbit/s,可满足低功耗、低比特率和iot应用的需求。
lora使用不需申请许可的sub-ghz射频频段,例如433 mhz、868 mhz(欧洲)、915 mhz(澳大利亚及北美洲)及923 mhz(亚洲)。lora可以在低能耗下进行长距离的通信(在乡村可以传输超过10公里),lora和lorawan™让许多产业的iot设备有长程的联机能力。
lora定义了通信栈中较低的物理层,没有定义上层的网络协议。有许多协议可以定义lora上层的网络协议,lorawan™就是其中之一。lorawan™是以云为基础的介质访问控制(mac)层协议,但其作用类似网络层,管理lpwan网关和终端节点之间的通信,类似路由协议,由lora联盟维护。
超小的lte cat.m1/nb-iot模块
lte cat.m1/nb-iot是一种许可标准,需要获得许可才能使用无线电频段,很适合iot应用中即使速度较慢,也需要尽可能地降低成本和功耗的情况。lte cat.m1/nb-iot特别适用于移动通信,例如设备在移动时,由于使用许可频段,不易产生无线电干扰、速度更快,可用于可穿戴设备在iot和其他应用中。
murata设计了超小的lte cat.m1/nb-iot模块,它具有全球认证并支持gps/gnss、openmcu和isim(选项)。lte cat.m1(lte-m)具有高可靠性、低延迟和低功耗的特点,它可用于需要更换电池的iot设备。nb-iot有望用于需要低功耗的iot凯发app官网登录的解决方案,适用于电池不易更换或无法使用商用电源的环境,如智能电表、远程医疗检查或灾害发生时的异常检测等应用。
murata推出的type 1se(lbad0zz1se)模块是cat. m1/nb-iot模块,符合日本认证标准,支持truphone的esim技术。type 1se高度集成了mcu、esim和lte-m/nb1调制解调器,经过认证的终端器件带有天线连接,可轻松与多种不同类型的应用集成。
type 1se模块支持lte cat.m1/nb-iot第13版,支持lte频段中的低频段5、8、12、13、14(仅限cat m1)、17、18、19、20、26、28,以及中频段1、2、3、4、25,采用altair alt1250与st stm32l462芯片组,最大尺寸仅有15.4 x 18.0 x 2.5mm,采用lga金属外壳封装,支持uart主机接口与adc、gpio、i2c、jtag、pwm、spi等外设接口,具有用于天线配置的u.fl连接器,接口电压为3.3v,电源电压为3.3-5.0v,工作温度为-40℃~85℃,功率等级已针对3类lte输出功率进行优化,符合rohs规范,提供x-cube-cellular软件功能,在睡眠模式下的电流消耗很低,低功耗使电池寿命长达10年,休眠电流仅有3µa,edrx电流在8超帧模式下小于50µa,可配置psm电流的休眠窗口,最大的发射功率为 23dbm,并通过fcc/ic/red/telec与gcf/ptcrb认证,以及全球运营的truphone运营商认证。
与未经许可的lpwa通信系统相比,主要移动电话运营商的网络(许可频段)用于提供更广泛和更稳定的通信范围。type 1se模块的底部面积比典型的lpwa模块小约50%,可实现电子电路的高密度电路设计。
type 1se模块采用的通信系统频段与lte的频段相同,频宽为1.4 khz,支持运营商的许可频段,上行与下行的最大传输速率均为1 mbps,通信范围大于10 km。
小尺寸、远距离、长电池寿命、安全性的lora模块
另一方面,非蜂窝的lpwa则是一种使用sub-ghz频段的通信技术,该技术包括lorawan™,它不需要许可证(未授权)并与远程无线协议兼容。lorawan™是由lora alliance™制定的标准,murata部署了支持lorawan™的模块,并开发出当今超小的lora模块系列,尺寸仅为10.0 mm × 8.0 mm × 1.6 mm,适用于需要小尺寸、远距离、延长电池寿命、安全性和具有竞争力的价格点的各种大批量应用。该系列是基于第二代semtech sx1262射频ic(rfic),type 1sj(lbaa0qb1sj)lora模块还具有来自意法半导体(stmicroelectronics)的开放式stm32l0微控制器(mcu),以及一个rf开关和192kb闪存和20kbram。这种广泛的内存供应可确保为应用层提供足够的资源,微型模块中还装有温控晶体振荡器(txco)和多个通信接口,包括uart/i2c/spi/adc/usb和各种gpio。
该模块专为全球部署而设计,支持868 mhz至916 mhz的ism频段,包括欧洲、美国、印度和环太平洋地区使用的频段,该器件在全球范围内拥有单一部件号,简化了客户供应链。
type 1sj模块采用单电源轨(高达3.9v dc)运行,集成了多种低功耗模式,允许实时时钟(rtc)在消耗仅为1.3µa的典型电流时运行,这种增强的电流消耗使基于murata模块的器件能够使用一颗电池运行数年,并采用树脂封装,可提供物理坚固性,使模块能够在−40℃至 85℃的温度范围内工作。
type 1sj模块是业内超小的lorawan™模块之一,与以往产品相比,该模块功耗更低,输出更高,并已获得主要地区的《无线电法》认证,提供开放式mcu设计支持。type 1sj模块支持860-930mhz的lorawan™通道频段,采用semtech sx1262与stm stm32l芯片组,支持fsk和lora™调制与外接天线,接口电压(vdc用于vio)为3.3 vdc,vdd_mcu、vdd_rf、vdd_tcxo的最小电源电压为2.2v,vdd_mcu、vdd_rf、vdd_tcxo的最大电源电压则为3.6v,在22dbm设置时发射模式电流为118ma,发射功率高达 21.5dbm,在125khz bw时的接收模式电流为15.5ma,在1% per、125khz bw、sf=12时的接收器灵敏度为-135.5dbm,符合rohs规范并通过fcc/ic“参考”认证,并拥有lbaa0qb1sj-295、lbaa0qb1sj-296、lbaa0qb1sj-686三种变体型号。
type 1sj lora模块将帮助设计人员开发满足要求很苛刻的凯发app官网登录的解决方案,尤其是在资产跟踪、公用事业、农业、智能城市、智能建筑、工业和其他物联网应用等领域。
结语
在智能建筑/城市的户外应用中,应当采用lpwa技术来实现长距离、低功耗、电池操作的iot设备之间的连接与数据传输,用于远程或室外监控各种智能结构物(如大坝或桥梁、油气平台、智能电网等),此时蜂窝网络(如lte cat.m1/nb-iot)或lora/lorawan™网络技术将会是理想的凯发app官网登录的解决方案。murata针对lpwa智能网络应用,推出了支持上述这些技术的高集成度模块产品系列,将会是相关应用的理想选择,值得您深入了解与采用。