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低功耗廣域網(wǎng)絡模塊滿足物聯(lián)網(wǎng)應用需求

發(fā)布時間:2022-09-09 來源:艾睿電子 責任編輯:wenwei

【導讀】有許多物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應用因為范圍較廣、距離較遠,必須借助低功耗廣域網(wǎng)絡(LPWAN)技術,來提供更低的設備復雜性和擴展覆蓋范圍,同時允許重復使用現(xiàn)有的LTE基站,來降低系統(tǒng)建置的成本。本文將為您介紹Murata的低功耗廣域網(wǎng)絡模塊產(chǎn)品特性與應用領域,供您進一步了解與采用。


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LTE-M支持廣泛的蜂窩設備和服務


LTE-M是LTE Cat-M1或長期演進(4G)類別M1的縮寫,該技術用于物聯(lián)網(wǎng)設備直接連接到4G網(wǎng)絡(移動網(wǎng)絡運營商-MNO,如AT&T或Verizon等),其無需采用網(wǎng)關,通常使用電池運作。LTE-M也是eMTC(增強型機器類型通信)技術的簡化行業(yè)術語,這是一種由3GPP開發(fā)的LPWAN無線電技術標準,用于支持廣泛的蜂窩設備和服務(特別是機器對機器和物聯(lián)網(wǎng)應用)。


LTE-M技術可支持地理位置定位,可支持免GPS、低功耗的周期性跟蹤應用,其尺寸較小,對想要采用蜂窩連接方式的可穿戴設備來說極具吸引力,由于具備標準化的優(yōu)勢,通過PTCRB/GCF認證,可提高與全球無線網(wǎng)絡運營商在物聯(lián)網(wǎng)應用方面的全球互操作性,支持低電量運作,采用專為低電流消耗而設計的協(xié)議,可將電池壽命延長至10年以上,適用于廣泛的用例,可以在低成本的同時,支持各類場景的連接。


LTE-M還支持相對快速的數(shù)據(jù)吞吐量、移動性、漫游和潛在的語音服務,并支持HTTPS和MQTTS的安全聯(lián)機,其移動性可支持在蜂窩網(wǎng)絡中針對小區(qū)邊緣和切換場景的平滑操作。在主要移動設備、芯片組和模塊制造商的支持下,LTE-M網(wǎng)絡將與2G、3G和4G移動網(wǎng)絡共存,并受益于移動網(wǎng)絡的安全和隱私功能,例如支持用戶身份保密、實體認證、數(shù)據(jù)完整性和移動設備識別,可廣泛應用于可穿戴設備與工業(yè)領域,以及能源效率(智能恒溫器、照明系統(tǒng))、溫度控制(暖通空調)、設備和建筑物維護、安全(智能鎖、運動傳感器或攝像頭、智能煙霧或火警、漏水、停電探測器)、衛(wèi)生(水流、紙張消耗、干手氣流、芳香或清潔化學噴霧)等應用。


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NB-IoT具有更低的傳輸成本


窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)則是一種基于標準的LPWA技術,旨在支持各種新的物聯(lián)網(wǎng)設備和服務,NB-IoT顯著提高了用戶設備的功耗、系統(tǒng)容量和頻譜效率,尤其是在深度覆蓋方面,可支持超過10年的電池壽命,適用于廣泛的用例,可專注于傳感器等小容量數(shù)據(jù)通信,在上行62.50 Kbps和下行26.15 kbps的速度下吞吐量較低,但由于上行通信比下行快,因此適用于定期上傳傳感器收集的少量信息的應用。


NB-IoT使用LTE標準的子集,但將帶寬限制為200kHz的單個窄帶,采用新的物理層信號和通道,可滿足擴展覆蓋范圍(農(nóng)村和室內深處)和超低設備復雜性的苛刻要求。NB-IoT技術具有更低的傳輸成本,NB-IoT模塊的初始成本預計與GSM/GPRS相當,然而其底層技術比GSM/GPRS簡單得多,而且隨著需求的增加,其成本預計會迅速下降,針對某些對網(wǎng)絡延遲要求不高的應用而言,將可以更低的成本提供更低帶寬的數(shù)據(jù)連接,其通過PTCRB/GCF認證的標準化特性,提高了與全球無線網(wǎng)絡運營商在物聯(lián)網(wǎng)應用方面的全球互操作性,并在可能缺乏LTE-M覆蓋的情況下,可以使用NB-IoT來提供額外保障,反之亦然。


NB-IoT已經(jīng)得到所有主要移動設備、芯片組和模塊制造商的支持,可與2G、3G和4G移動網(wǎng)絡共存。它還受益于移動網(wǎng)絡的所有安全和隱私功能,例如支持用戶身份機密性、實體認證、機密性、數(shù)據(jù)完整性和移動設備識別。


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同時支持Cat. M1與NB-IoT的LPWA網(wǎng)絡模塊


Murata推出多款LTE Cat. M1模塊LPWA產(chǎn)品,LTE Cat. M1是一種許可標準,需要獲得許可才能使用無線電頻段,它非常適合物聯(lián)網(wǎng)應用中,即使速度很慢也需要將成本和功耗盡可能降低的情況。LTE Cat. M1特別適用于移動通信,例如當設備移動時,并且由于它使用許可頻段,不太可能發(fā)生無線電干擾,并且速度更快,使其可用于物聯(lián)網(wǎng)和其他應用中的可穿戴設備。


LTE Cat. M1適合用于定期上傳小量信息的應用,提供1 Mbps上行和1 Mbps下行速度,可實現(xiàn)比NB-IoT更高的通信速度,具有更高的數(shù)據(jù)速率,支持移動性和網(wǎng)絡語音,但需要比NB-IoT使用更多的帶寬,并且不能像NB-IoT那樣放入保護帶頻段。


Murata推出的Type 1SE(LBAD0ZZ1SE)模塊是可同時支持Cat. M1與NB-IoT的模塊,符合日本認證標準,并支持Truphone eSIM技術,其支持LTE頻段5、8、12、13、14(僅限CAT M1)、17、18、19、20、26、28等低頻帶,以及1、2、3、4、25中頻帶,采用Altair ALT1250+ST STM32L462芯片組,內置STMicro MCU、兼容MVNO的eSIM和天線連接器,尺寸僅有15.4 x 18.0 x 2.5mm(最大),采用LGA金屬外殼封裝,支持UART主機接口,以及ADC、GPIO、I2C、JTAG、PWM、SPI外設接口。


Type 1SE(LBAD0ZZ1SE)模塊的天線配置采用U.FL連接器,接口電壓為3.3V,供電電壓為3.3-5.0V,工作溫度為-40℃~85℃,并針對Class 3 LTE輸出功率進行優(yōu)化,符合RoHS規(guī)范,支持X-CUBE-CELLULAR軟件功能,支持超低的睡眠模式電流,低功耗可實現(xiàn)長達10年的電池壽命,休眠電流僅3μA,eDRX電流為<50μA @ 8個超幀,PSM電流支持可配置休眠窗口,最大發(fā)射功率為+23dBm,通過FCC/IC/RED/TELEC與GCF/PTCRB認證,支持OTA固件升級,可連接經(jīng)認證的全球運營Truphone運營商,并支持其他認證,以加快開發(fā)進程。


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提供完整的軟硬件開發(fā)環(huán)境


Murata Type 1SE(LBAD0ZZ1SE)模塊內置MCU,可支持在睡眠模式下微控制器的超低電流消耗,采用運行頻率高達80 MHz的高性能Arm? Cortex?-M4 32位RISC內核,可實現(xiàn)全套DSP指令和內存保護單元(MPU),增強應用的安全性,具備嵌入式AES硬件加速器,支持廣泛的增強型I/O和外圍設備,連接到兩條APB總線、兩條AHB總線和一個32位多AHB總線矩陣,并提供一個快速12位ADC(5 Msps)、兩個比較器、一個運算放大器、一個內部電壓基準緩沖器、一個低功耗RTC、一個通用32位定時器、一個專用于電機控制的16位PWM定時器、四個通用16位定時器和兩個16位低功耗定時器,采用STMicro的X-Cube Cellular操作系統(tǒng)。


Murata的Cat. M1/NB-IoT模塊與業(yè)務合作伙伴STMicro搭配評估套件,STMicro Discovery套件B-L462E-CELL1是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設備的交鑰匙開發(fā)平臺,包含一個由LBAD0ZZ1SE模塊供電的低功耗Discovery主板、一個全球覆蓋天線和一個扇出板。LBAD0ZZ1SE模塊包括一個STM32L462REY6TR微控制器、一個LBAD0XX1SC-DM超小型LTE Cat M/NB調制解調器,和一個帶有預付費蜂窩連接數(shù)據(jù)平面的ST4SIM-200M GSMA認證嵌入式SIM,ST4SIM-200M也可用作應用的嵌入式安全組件(eSE)。


B-L462E-CELL1板的STMod+和擴展引腳連接提供了強大的擴展能力和大量的專用附加板選擇。此外,扇出板支持使用mikroBUS、ESP?01、Grove I2C、Grove UART和面包板的附加板。套件還包括ST-LINK調試器/編程器,并附帶全面的STM32Cube軟件庫以及整組的軟件示例,以演示端到端連接,提供完整的軟硬件開發(fā)環(huán)境。


結語


物聯(lián)網(wǎng)應用已經(jīng)逐漸進入人們的生活中,許多長距離、廣范圍的物聯(lián)網(wǎng)設備便需要使用支持Cat. M1與NB-IoT的LPWA網(wǎng)絡模塊,來提升物聯(lián)網(wǎng)設備的運作效率與使用壽命,Murata的Cat. M1/NB-IoT LPWA網(wǎng)絡模塊,則將是相關應用的理想選擇之一。



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