M2M如何選擇無線技術(shù)路線并優(yōu)化天線組件

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）機(jī)器對機(jī)器（M2M）通信概念是物聯(lián)網(wǎng)的核心技術(shù)之一，這一技術(shù)不需要任何人工干預(yù)，就能實(shí)現(xiàn)機(jī)器、傳感器和硬件之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)直接通信。物聯(lián)網(wǎng)由M2M范式驅(qū)動(dòng)能提供在許多智能設(shè)備之間隨時(shí)隨地連接的能力，在天線組件的助力下無線通信M2M通信更容易將物聯(lián)網(wǎng)拓展至更多的應(yīng)用。

M2M與物聯(lián)網(wǎng)，M2M技術(shù)路線選擇

M2M與物聯(lián)網(wǎng)二者有著很深的羈絆，運(yùn)作方式看上去是一樣的，都是將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)直接傳輸，即數(shù)據(jù)端點(diǎn)通過通信網(wǎng)絡(luò)達(dá)到數(shù)據(jù)集成點(diǎn)。但是本質(zhì)上，M2M只是先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)中的一種支持技術(shù)，二者還是有著明顯的區(qū)別。

M2M旨在在多個(gè)與互聯(lián)網(wǎng)連接的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與分析，M2M只需要快速且可靠地執(zhí)行有限的一組機(jī)器設(shè)備點(diǎn)對點(diǎn)通信即可，也就是說M2M系統(tǒng)里各個(gè)設(shè)備形成了一個(gè)封閉式系統(tǒng)，不需要像物聯(lián)網(wǎng)那樣支持大量設(shè)備實(shí)時(shí)同步，也不會(huì)對可拓展性有太高的要求。而且設(shè)備間的點(diǎn)對點(diǎn)連接創(chuàng)建完成后，二者就不再依賴于互聯(lián)網(wǎng)連接。



目前實(shí)現(xiàn)M2M的有線和無線路線各有千秋，有線能有效覆蓋很大的傳輸范圍，但無線的發(fā)展趨勢也是很明確的。無線M2M肯定是日后的大方向，不過雖然部署起來更便捷，但是目前面臨的挑戰(zhàn)也很多，既要解決無線路線覆蓋范圍的問題，又需要對功耗進(jìn)行控制，還需要考慮射頻組件的成本。

無線M2M

支持M2M的無線協(xié)議和支持物聯(lián)網(wǎng)連接的無線協(xié)議一樣非常多，如何選擇合適的無線協(xié)，是M2M成功實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。每種無線技術(shù)在M2M應(yīng)用里的成本、性能和復(fù)雜性表現(xiàn)都不一樣，因此必須根據(jù)應(yīng)用來選擇M2M的無線路線。

幾種無線路線中大家最熟悉的肯定是蜂窩M2M，在全球范圍內(nèi)有著足夠廣的覆蓋范圍，用戶對其接受度很高。在各類環(huán)境傳感器、門鎖、報(bào)警器等設(shè)備中，蜂窩通信路線都很受歡迎，是低功耗、低數(shù)據(jù)速率設(shè)備青睞的選擇。另一方面，蜂窩M2M安全性也很高，成本適中。

LoRa等專有系統(tǒng)在低功耗廣域M2M領(lǐng)域也相當(dāng)有競爭力，尤其是LoRaWAN在工業(yè)環(huán)境中優(yōu)勢很明顯，采用電池供電的M2M設(shè)備很中意這種無線路線，它不僅能夠提供足夠的安全性（128位AES CCM加密），而且成本很低、覆蓋范圍非常廣。

Zigbee是樓宇自動(dòng)化設(shè)備實(shí)現(xiàn)M2M常用的無線協(xié)議，Zigbee同樣支持128位AES CCM加密，安全性足夠，功耗也非常低。不同于上面提到的幾種協(xié)議覆蓋范圍都很廣，Zigbee M2M覆蓋范圍通常較小，在百米以內(nèi)，如果對覆蓋范圍要求不高，同時(shí)又希望降低功耗的應(yīng)用，這是不錯(cuò)的技術(shù)路線。

M2M現(xiàn)在開始廣泛地應(yīng)用在資產(chǎn)智能追蹤上，這會(huì)要求無線M2M在移動(dòng)性上能給予更高的支持，這也是選擇無線路線的重要考量。

通過天線組件為M2M設(shè)備降耗增效

使用天線組件保持無線連接的M2M設(shè)備對功耗和效率尤為重視，決定這些無線M2M設(shè)備功耗和效率因素并不是單一的，數(shù)據(jù)量、無線覆蓋范圍、通信時(shí)間都對最終性能有著重大影響。從無線協(xié)議的選擇上，功耗已經(jīng)出現(xiàn)了差異，更低功耗的無線協(xié)議無疑是更受歡迎的。

除了上面這些因素，根本上影響功耗和效率最直接的還是天線組件的射頻性能，想要提高傳輸效率并控制功耗，優(yōu)化天線組件是最基本的。提高天線組件效率就需要將天線設(shè)計(jì)得可在多個(gè)頻段下運(yùn)行提供全向的性能，這就需要根據(jù)設(shè)備的應(yīng)用場景來確定控制天線的輻射方向，以最大程度地提升輸送到接收天線的功率。

天線互相耦合也會(huì)造成不小的功率損失，無形中提高了設(shè)備的功耗?；ハ囫詈霞匆粋€(gè)天線發(fā)射的部分功率被另一個(gè)天線接收，導(dǎo)致這部分功率沒有被輻射出去。減少相互耦合的辦法很多，在天線設(shè)計(jì)中可以通過增加天線之間的距離、以正交方式部署天線以及使用不同極化的天線來盡可能減少耦合，降低功率的損耗，對降低功耗也能起到作用。

不同的天線配置模式也會(huì)影響組件的性能，像FPC式、PCB插片式以及SMT都是目前常見的內(nèi)部天線配置模式，這些配置模式能增強(qiáng)輻射性能，有些則更注重整體尺寸的縮減，各有千秋。根據(jù)不同的M2M應(yīng)用，從天線組件設(shè)計(jì)開始，充分考慮組件射頻性能以及功耗，會(huì)有利于實(shí)現(xiàn)M2M設(shè)備的成功應(yīng)用。

小結(jié)

在無線通信迅速發(fā)展的今天，不論是在傳統(tǒng)的IoT領(lǐng)域、工業(yè)自動(dòng)化還是汽車電子領(lǐng)域，更多的M2M應(yīng)用場景涌現(xiàn)了出來，為M2M選擇合適的無線技術(shù)路線并從天線組件開始優(yōu)化性能將大大加快M2M的落地應(yīng)用。