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物聯(lián)網(wǎng)連接技術(shù)誰主沉???

荷葉塘 ? 來源:電子發(fā)燒友 ? 作者:程文智 ? 2019-12-17 16:35 ? 次閱讀
對于物聯(lián)網(wǎng)來說,主要劃分為傳感層、傳輸層和應(yīng)用層,而在傳輸層上,設(shè)備與設(shè)備之間的連接至關(guān)重要。目前物聯(lián)網(wǎng)的連接方式多種多樣,短程的有私有協(xié)議sub-1GHz,藍(lán)牙、WiFi、ZigBee、Thread等等,遠(yuǎn)程的有LoRa、NB-IoT、2G、LTE Cat1、LTE Cat4,以及已經(jīng)來臨的5G等等。這么多的連接方式,在接下來的幾年,誰將會獲得更大的發(fā)展呢?
在由<電子發(fā)燒友>舉辦的2019年度“第六屆中國物聯(lián)網(wǎng)大會”的“通信網(wǎng)絡(luò)”分論壇上,與會嘉賓分享了他們的精彩觀點。

第二代WiFi6技術(shù)即將來臨

WiFi是我們?nèi)粘I钪薪佑|最多的一種無線連接方式,現(xiàn)在只要有網(wǎng)絡(luò)的地方基本都有一臺WiFi路由器。而WiFi技術(shù)也經(jīng)歷了從802.11b、802.11a、802.11g、802.11n、802.11ac和802.11ax,WiFi聯(lián)盟為了簡化名稱,將802.11ax標(biāo)準(zhǔn)稱為WiFi6。
圖1:不同WiFi標(biāo)準(zhǔn)的傳輸速率情況。
據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)測,到2020年,每個人家里會有50個設(shè)備連接到WiFi,而WiFi6的產(chǎn)品會占所有WiFi產(chǎn)品出貨量的一半。
圖2:Qorvo市場經(jīng)理Jeff Lin。
Qorvo市場經(jīng)理Jeff Lin在“通信網(wǎng)絡(luò)”分論壇上指出,WiFi6在2019年芯片的出貨量約有3~5百萬,目前市面上也可以找到一些產(chǎn)品,比如TP-Link和華碩等企業(yè)推出的路由器產(chǎn)品。
而且為了進(jìn)一步提升效能,WiFi6在原有的2.4GHz和5GHz頻段之外,還擴(kuò)展了一個新的頻段,即6GHz。Jeff Lin還特別介紹了WiFi6所包含的其他一些新技術(shù),比如OFDMA、1024QAM、8×8 MU-MIMO、上傳鏈路資源調(diào)度技術(shù)、以及智能節(jié)電方案TWT。
圖3:WiFi頻譜擴(kuò)展情況,美國與歐洲的差別。
第一代WiFi已經(jīng)落地,但第二代WiFi6標(biāo)準(zhǔn)還在制定當(dāng)中,據(jù)Jeff Lin透露,其實第二代WiFi6的主要規(guī)范已經(jīng)制定好了,但需要等到2020年才會正式發(fā)布具體規(guī)范,他預(yù)計2020年下半年會具體第二代WiFi6產(chǎn)品面市。而到2021年,WiFi6的所有規(guī)范應(yīng)該就可以完善了。
由此可知,6G~7GHz的擴(kuò)展頻段是第二代WiFi6的重點。不過對于此擴(kuò)展頻段不同地區(qū)的開放程度也有所不同,其中美國是全開放的,而歐洲是開放了一部分。(見圖3所示)
當(dāng)然,他承認(rèn),就目前來看,市面上支持WiFi6的終端產(chǎn)品還不多,主要以2.4GHz和5GHz為主,因此,現(xiàn)在的路由器產(chǎn)品是將2.4GHz和5GHz作為前傳網(wǎng)絡(luò),而6GHz作為后傳主干網(wǎng)絡(luò)使用,主要用于AP與AP之間的連接。
對于6GHz的WiFi6產(chǎn)品,目前高通、博通已經(jīng)在做相關(guān)產(chǎn)品了,而Qorvo也有相應(yīng)的支持產(chǎn)品可供方案廠商選擇。

低功耗遠(yuǎn)距離物聯(lián)網(wǎng)彌補(bǔ)廣域網(wǎng)覆蓋缺陷

中國有著全球最好的通信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),很多偏遠(yuǎn)地區(qū)都有信號覆蓋,但即便如此,在一些人跡罕至的山區(qū),人口密集的集會等場合,還是會有信號覆蓋問題出現(xiàn)。因此,出現(xiàn)了一些可以支持機(jī)器與機(jī)器直接通信的產(chǎn)品。這些產(chǎn)品一般會使用私有協(xié)議進(jìn)行通信,按照規(guī)定,私有協(xié)議的產(chǎn)品發(fā)射功率有嚴(yán)格的限制。
圖4:上海磐啟微電子有限公司創(chuàng)始人兼CEO李寶騏。
上海磐啟微電子有限公司創(chuàng)始人兼CEO李寶騏介紹了其低功耗遠(yuǎn)距離物聯(lián)網(wǎng)芯片------Chirp-IoT芯片PAN3028的設(shè)計原理、特性和應(yīng)用場景。
在李寶騏看來,設(shè)計一款非蜂窩廣域物聯(lián)網(wǎng)芯片必然要面對抗干擾性、低功耗,和遠(yuǎn)距離的挑戰(zhàn)。需要抗干擾性,是因為470~510、779~787MHz頻段是各種業(yè)務(wù)應(yīng)用都常常使用的頻段,已經(jīng)非常擁擠了,特別是該頻段還是廣播業(yè)務(wù)頻率,這就會造成信號與廣播、衛(wèi)星監(jiān)控等相互干擾現(xiàn)象;芯片需要低功耗,是因為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往往需要工作很長時間,有的甚至需要10年都不換電池;而遠(yuǎn)距離,則是需要廣泛適用于城市和農(nóng)村信道環(huán)境,覆蓋范圍需要達(dá)到幾公里,甚至幾十公里。
但發(fā)射功率卻又收到嚴(yán)格限制,一般僅為100mW或者50mW。如何在給定的這個發(fā)射功率下,提高傳輸距離呢?李寶騏認(rèn)為,智能提高接收靈敏度了。
圖5:磐啟Chirp-IoT芯片與競爭對手產(chǎn)品的靈敏度對比。
他在演講中表示,因為發(fā)射功率很低,很多時候發(fā)射的信號可能比白噪聲還要低100倍,那如何從白噪聲中提取這些信號呢?他做了一個比喻,說提取這些信號,就似大海撈針,如果靠眼睛去尋找確實不容易,但是如果有一塊磁鐵,那就完全不一樣了。
Chirp-IoT芯片就是利用了這個“磁鐵”的原理將信號從白噪聲中提取出來的。因為線性調(diào)頻(Chirp)信號,是一種擴(kuò)頻信號,其擴(kuò)頻增益等于時間帶寬積,在信號接收端做適當(dāng)處理后可以獲得一定的抗窄帶干擾能力。由于線性調(diào)頻信號具有良好的自相關(guān)特性,經(jīng)過匹配濾波器后,可以將橫幅信號變成窄脈沖信號,原來在碼元時間內(nèi)均勻分布的信號能量將大部分集中到窄脈沖的峰值點附近,而在其他時刻能量很小。從而可以提取出被白噪聲掩蓋的信號。
“因為一個信號中包含頻率、相位和幅度,我們將這些參數(shù)做成一個矩陣,再將該矩陣與轉(zhuǎn)置共軛函數(shù)相乘,獲得本征值。我們就是利用這個原理找到信號,從噪聲中提取出信號的?!崩顚汄U解釋說。
圖6:磐啟Chirp-IoT芯片性能參數(shù)。
他同時透露,磐啟微電子采用該原理的芯片計劃明年初第一季度可以量產(chǎn)。通過優(yōu)化的芯片架構(gòu)實現(xiàn)了超低功耗,融合多維度信號調(diào)制技術(shù),提高了傳輸速率;全新設(shè)計的傳輸符號結(jié)構(gòu),解決了頻率不連續(xù)對射頻的影響;而增強(qiáng)的信號編碼技術(shù)則提高了傳輸靈敏度。
該芯片可以應(yīng)用在手機(jī)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,將藍(lán)牙、WiFi的信號范圍擴(kuò)大一百倍,可以覆蓋整個工廠或者村莊。

智能核心板,簡化萬物互聯(lián)難度

在上海移柯通信技術(shù)股份有限公司王華清看來,物聯(lián)網(wǎng)市場規(guī)模非常大,也非常碎片化??蛻舻男枨笄Р钊f別。移柯深耕于此的原因有兩個,一是對自己的產(chǎn)品有信心。不論是產(chǎn)品性能品質(zhì)、交付能力和價格,還是技術(shù)支持都很有競爭力;二是可以推出滿足客戶需求的新產(chǎn)品。
圖7:上海移柯通信技術(shù)股份有限公司王華清。
他舉例說,“從2014年開始,我們就接到很多客戶的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開發(fā)需求,多年的產(chǎn)品開發(fā)我們發(fā)現(xiàn),大部分的客戶需求都很接近,只有很少的變化,因此,我們推出了智能模組的產(chǎn)品,將AP、內(nèi)存、電源管理、外圍接口、Modem、WiFi/藍(lán)牙/GNSS等都都整合在一起,做成一個集成的模塊,幫助客戶節(jié)省成本?!?/div>
王華清指出,因為移柯的智能模組方案集成了很多功能,客戶做產(chǎn)品的時候,只需要將外設(shè)連接到模組上就可以了,所以可以幫助客戶節(jié)省成本,縮短開發(fā)周期,再加上移柯成熟的軟件平臺,可以讓系統(tǒng)運行更加穩(wěn)定可靠。據(jù)說這樣的集成解決方案可以幫助客戶節(jié)省80%的設(shè)計工作量。
他同時強(qiáng)調(diào),移柯做產(chǎn)品的核心理念是“夠用就好”,以幫助客戶尋找到技術(shù)和成本合適的解決方案。
圖8:傳統(tǒng)車載一體機(jī)方案與采用智能模塊的車載一體機(jī)解決方案對比。
他列舉了今年比較成功的兩個案例,一個是簡易POS機(jī),該產(chǎn)品沒有使用現(xiàn)在市面上火熱的NB-IoT,也沒有使用4G模塊,而是使用了更具成本優(yōu)勢的2G模組。還有一個案例是網(wǎng)約車和出租車上應(yīng)用廣泛的車載一體機(jī)。
圖9:移柯推出的智能核心板家族產(chǎn)品系列。
在演講中,他還特意介紹了移柯明年將會推出的新一代核心板產(chǎn)品M1911。該產(chǎn)品有3個型號可以滿足不同的客戶需求。
圖10:移柯M1911同一封裝下的3個不同型號參數(shù)對比。

5G技術(shù)助力產(chǎn)業(yè)升級

5G有3大技術(shù)特點,分別是高速率、大連接和低時延。2019年全球5G網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)入實質(zhì)性商用階段,運營商對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投入持續(xù)加大。預(yù)計2020年至2030年5G網(wǎng)絡(luò)總投資將達(dá)4110億美元,約合2.8萬億元,是4G網(wǎng)絡(luò)的3.5倍。按運營商可接受成本而言,預(yù)計2019年至2025年7年網(wǎng)絡(luò)總投資為1800億美元,約合1.22萬億元,是4G網(wǎng)絡(luò)投資(約為1170億美元)的1.5倍。
圖11:高新興物聯(lián)科技有限公司合作總監(jiān)戴文泓。
5G除了在手機(jī)方面的應(yīng)用,在非手機(jī)市場的規(guī)模也不可小覷。據(jù)TSR發(fā)布的統(tǒng)計報告,預(yù)計到2024年Sub-6GHz的非手機(jī)產(chǎn)品出貨量將會達(dá)到4330萬,毫米波5G產(chǎn)品也會達(dá)到1040萬。
圖12:5G非手機(jī)市場規(guī)模預(yù)測。
在高新興物聯(lián)科技有限公司合作總監(jiān)戴文泓看來,非手機(jī)5G應(yīng)用中,主要包括車聯(lián)網(wǎng)、超高清視頻應(yīng)用、遠(yuǎn)程工業(yè)控制、云端機(jī)器人、AR/VR無人機(jī),以及遠(yuǎn)程醫(yī)療等應(yīng)用。
高新興物聯(lián)科技主要提供車聯(lián)網(wǎng)方面的通信模塊產(chǎn)品。據(jù)戴文泓介紹說,他們是高通車規(guī)級5G芯片SA515M的第一個阿爾法客戶。其5G車規(guī)級模組GM850A和GM860A將會在2020年商用。
圖13:GM850A模組的性能參數(shù)。

5G NB-IoT開啟萬物互聯(lián)新時代

近幾年來,蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場出貨量快速增長,預(yù)計2019年NB-IoT的出貨量將超過6千萬片。
圖14:快速增長的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場。
其實,物聯(lián)網(wǎng)的大部分應(yīng)用集中于低速率和中速率,其中低速率、低成本需求主要包括智能表計、智慧消防、共享經(jīng)濟(jì)、智慧農(nóng)業(yè)等應(yīng)用;中低速率和中速率需求主要包括新零售、可穿戴和對講機(jī)等應(yīng)用。
圖15:不同速率應(yīng)用分布。
上海移芯通信科技有限公司市場銷售部高級總監(jiān)楊月啟表示,NB-IoT和Cat.1將可以滿足這些市場最主要的市場需求。隨著NB-IoT技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷演進(jìn),性能不斷得以提升,可最終取代2G網(wǎng)絡(luò)。
圖16:上海移芯通信科技有限公司市場銷售部高級總監(jiān)楊月啟
在楊月啟看來,雖然現(xiàn)在仍然是高通和聯(lián)發(fā)科技等芯片巨頭占據(jù)2/3/4G芯片的主導(dǎo)地位,但國產(chǎn)芯片廠商正在奮起直追。他認(rèn)為,NB-IoT時代,國產(chǎn)芯片將會崛起,NB-IoT必然是“中國芯”。因為:
一是國家重視,在政策和資金方面都有支持;二是外資企業(yè)進(jìn)入中國后,建立起了完善的上下游產(chǎn)業(yè)鏈,也幫忙培養(yǎng)了很多半導(dǎo)體人才;三是5G標(biāo)準(zhǔn)不再由歐美主導(dǎo),中國廠商的話語權(quán)越來越大;四是成本越來越低,國內(nèi)企業(yè)在減成本方面具有很大優(yōu)勢。
據(jù)楊月啟介紹,成立于2017年2月的上海移芯通信科技有限公司,其團(tuán)隊主要來自Marvell和展訊,團(tuán)隊成員在蜂窩通信芯片設(shè)計上由深厚的積累和豐富的經(jīng)驗,是一家可獨立研發(fā)蜂窩通信芯片的公司。
他在演講中表示,移芯通信所有核心技術(shù)和IP全部自研,包括射頻、基帶、SoC、協(xié)議棧軟件、平臺應(yīng)用軟件和硬件方案,為客戶提供turn key完整方案和服務(wù)。公司第一款超低功耗NB-IoT單芯片EC616已于2019年6月份量產(chǎn),計劃2020年推出LTE Cat1單芯片方案。
圖17:移芯通信EC616 NB-IoT芯片架構(gòu)。

4G物聯(lián)網(wǎng)連接主力LTE Cat1

隨著2G網(wǎng)絡(luò)的承載能力進(jìn)一步減弱,在新部署的物聯(lián)網(wǎng)連接中,NB-IoT和4G會逐步替代2G模組。目前主流的LTE Cat.4的高價格并不能倍部分行業(yè)所接受,而NB-IoT又在語音、短信和連接時效上略顯不足。因此市場上急需一款價格比傳統(tǒng)4G模組更低、連接時效比NB-IoT更高的產(chǎn)品,以滿足共享、金融、能源和工業(yè)等低速率應(yīng)用場景。剛好Cat.1可以滿足這些需求,加上LTE Cat1隸屬4G系列,可復(fù)用現(xiàn)有4G資源,能夠?qū)崿F(xiàn)快速入市的同時還可降低成本。
圖18:上海域格信息技術(shù)有限公司市場總監(jiān)朱凱。
上海域格信息技術(shù)有限公司市場總監(jiān)朱凱在電子發(fā)燒友舉辦的中國物聯(lián)網(wǎng)大會上表示,截止2019年6月底,中國移動已有超過6.9億物聯(lián)網(wǎng)連接,這一規(guī)模的連接數(shù)中,絕大多數(shù)仍然是通過2G實現(xiàn)的。在2G/3G退網(wǎng)風(fēng)險下,運營商必須要尋找一個適合客戶的網(wǎng)絡(luò)連接。
另一方面,物聯(lián)網(wǎng)連接增速和物聯(lián)網(wǎng)收入增速之間的差距正在縮小,其帶來的平均收益逐步提升,進(jìn)一步驅(qū)動運營商加快Cat1發(fā)展步伐。
除了Cat.1外,本來eMTC也是一個可選項,但一是eMTC在國內(nèi)的發(fā)展并不樂觀;二是eMTC需要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),二運營商現(xiàn)在正將更多的資源投入到5G建設(shè)中,很難有多余的資金投入到eMTC建設(shè)中;三是國內(nèi)應(yīng)用案例有限,可借鑒度不高,開發(fā)難度大。
因此,業(yè)界最終選擇更趨向于LTE Cat.1。
此外,朱凱還介紹了域格的LTE Cat.1模組CLM920系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有低成本特點,可支持LTE-FDD/LTE-TDD/GSM/GPRS,內(nèi)置了豐富的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,上下速率可達(dá)5Mbps/10Mbps,而且具有強(qiáng)大的可擴(kuò)展能力。
圖19:CLM920_AR5芯片介紹。
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    )作為實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一,是將聯(lián)網(wǎng)的通信和計算功能集成到一個小型芯片中,并能夠在各種物理設(shè)備中嵌入使用的芯片。
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    聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與plc怎么連接?

    聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)與plc怎么連接聯(lián)網(wǎng)是當(dāng)今社會中最熱門的技術(shù)之一,而
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