物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無線標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證與產(chǎn)生的影響

本文著眼于2.4 GHz頻段的歐洲物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無線標(biāo)準(zhǔn)（EN 300 328 V1.9.1）的協(xié)調(diào)，考慮到2.4 GHz與其他蜂窩頻段（如LTE-M和窄帶LTE）的背景。新標(biāo)準(zhǔn)于2016年11月生效，本文探討了物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備開發(fā)人員的這種影響

標(biāo)準(zhǔn)化如何成為全球創(chuàng)新的挑戰(zhàn)。等待在不同地區(qū)分配頻段，批準(zhǔn)使用的技術(shù)和分配許可證可以減緩新應(yīng)用的推出。對于物聯(lián)網(wǎng)（IoT）使用移動電話技術(shù)肯定是這種情況。雖然有一個中央標(biāo)準(zhǔn)組織，3GPP，物聯(lián)網(wǎng)的最新窄帶LTE（LTE-NB）技術(shù)的發(fā)展一直很慢。 5G的前景更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)?a href="http://www.wenjunhu.com/v/tag/9979/" target="_blank">4G與高速通道中的Wi-Fi相結(jié)合。

相比之下，未經(jīng)調(diào)節(jié)的ISM（工業(yè)，科學(xué)和醫(yī)療）頻段為無線技術(shù)提供了一種簡便的方法。用于物聯(lián)網(wǎng)。 2.4 GHz頻段特別適用于無線鏈路，無需全球認(rèn)證即可使用各種技術(shù)。 Wi-Fi，藍(lán)牙和ZigBee都在這個頻段運(yùn)行，這已經(jīng)帶來了一些挑戰(zhàn)。雖然每個都有自己的標(biāo)準(zhǔn)組織 - 用于Wi-Fi的IEEE802.11，用于ZigBee和L4PAN的IEEE802.15.4以及用于藍(lán)牙的藍(lán)牙特別興趣組，但各組之間的協(xié)作有限。

市場研究人員Machina研究預(yù)測，物聯(lián)網(wǎng)連接總數(shù)將從2015年的60億增長到2025年的270億，每年增長16％。絕大多數(shù)這些連接（71％）是短距離，2.4 GHz鏈路，如Wi-Fi和ZigBee，突出顯示頻段如何變得更加擁擠。

越來越多地使用一家領(lǐng)先的藍(lán)牙芯片設(shè)計(jì)師并未遺漏蜂窩技術(shù)。 Nordic Semiconductor希望支持即將推出的3GPP Release 13 LTE-M和NB-IoT蜂窩技術(shù)。 nRF91系列（計(jì)劃于2018年發(fā)布）專為滿足新興低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求而設(shè)計(jì)，包括長電池壽命，低成本部署和維護(hù)，可能數(shù)十億設(shè)備的可擴(kuò)展性，以及可實(shí)現(xiàn)小型化的外形尺寸幾乎適用于任何地方，以及無處不在的網(wǎng)絡(luò)覆蓋。

LTE-M和NB-IoT旨在提供低功耗，安全，可靠，面向未來的開放式標(biāo)準(zhǔn)和可互操作的蜂窩連接，以實(shí)現(xiàn)成本，尺寸和功率受限的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。這兩項(xiàng)技術(shù)將推動新興蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場的廣度和增長，預(yù)計(jì)到2021年將超過15億個連接.Nordic預(yù)計(jì)2018 - 2019年期間將對這些技術(shù)進(jìn)行廣泛覆蓋，初始覆蓋范圍將從2017年開始。

“我們的超低功耗無線DNA與芬蘭獨(dú)特的蜂窩專業(yè)技術(shù)相結(jié)合，使Nordic在推動和推動低功耗蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場方面處于強(qiáng)勢地位，”Nordic Semiconductor首席執(zhí)行官Svenn-Tore Larsen表示。 。 “對我們而言，這個路線圖是通過為我們的技術(shù)，持續(xù)的組織和研發(fā)投資提供規(guī)模，將Nordic Semiconductor作為一家公司提升到新的水平?！?/p>

圖1：萊爾德科技使用Nordic Semiconductor的芯片作為其藍(lán)牙模塊。

“我們相信蜂窩物聯(lián)網(wǎng)市場仍處于起步階段，新的低功耗LTE技術(shù)北歐半導(dǎo)體公司產(chǎn)品管理總監(jiān)Thomas Embla Bonnerud表示，變種將在許多方面推動巨大的增長曲線，類似于藍(lán)牙低功耗對短距離無線的影響。 “未來幾年，與今天的市場相比，這個市場看起來會非常不同。這就是Nordic Semiconductor nRF91系列的全部內(nèi)容：為新的和不同的市場提供全新的不同解決方案。“

隨著更多蜂窩設(shè)備的使用以及ISM頻段中IoT節(jié)點(diǎn)使用的爆炸式增長，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）已更新其使用2 GHz頻段標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)。這些對于歐洲的任何制造商運(yùn)輸設(shè)備都是強(qiáng)制性的，并將于2016年11月生效。

目的是協(xié)調(diào)樂隊(duì)內(nèi)設(shè)備的活動，這對于即將到來的新技術(shù)更為重要以及在頻段內(nèi)運(yùn)行的無線物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量激增。

兩個新標(biāo)準(zhǔn)是覆蓋2.4 GHz頻段的ETSI EN 300 328 v1.9.1和用于802.11a也使用的5 GHz ISM頻段的ETSI EN 300 893 v1.8.1。這些技術(shù)涵蓋了Wi-Fi，ZigBee和藍(lán)牙使用的基于信道的跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)，以確保無線電鏈路可以在如此擁擠的無線電環(huán)境中協(xié)同工作。它不包括將數(shù)據(jù)分布在多個頻段的超寬帶技術(shù)（UWB）。

涵蓋CE標(biāo)志認(rèn)證的歐洲指令包括符合人體暴露于電磁場的EN 50371標(biāo)準(zhǔn)，電磁兼容性EN 301 489和EN 300 328.版本1.8.1未對藍(lán)牙進(jìn)行分類能量（BLE）作為FHSS，而在第4.2.1節(jié)中將其列為“其他類型的寬帶調(diào)制”，測試要求在第2節(jié)中定義。 4.3.2。轉(zhuǎn)向1.9.1使其與其他2.4 GHz技術(shù)保持一致。

圖2：德州儀器藍(lán)牙審批流程。

標(biāo)準(zhǔn)的新修訂版還包括使用衛(wèi)星定位技術(shù)GPS到GLONASS和Galileo隨著更多物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽在卡車，托盤或高價值產(chǎn)品上移動，并包括地理定位信息。雖然它們的工作頻率為1.6 GHz，但可能會產(chǎn)生干擾效應(yīng)，并證明所有這些技術(shù)的共存是歐洲認(rèn)證的一個關(guān)鍵部分。

德國測試機(jī)構(gòu)TüV南德意志集團(tuán)正在評估這些差異標(biāo)準(zhǔn)的v1.8.1和v1.9.1之間以及它如何符合當(dāng)前的設(shè)備認(rèn)證，例如是否需要重新測試。

如果產(chǎn)品符合1.8.1版本，然后在轉(zhuǎn)到1.9.1時不需要重新測試。公司可以簡單地更新其技術(shù)構(gòu)造文件（TCF），詳細(xì)說明版本1.9.1中的更改不會影響其產(chǎn)品的合規(guī)性，因此可以假定符合1.9.1版。然后可以將符合性聲明（DoC）更新為V1.9.1。

但是，如果支持地理位置功能，制造商需要新的聲明，但不需要進(jìn)行額外的測試。如果使用V1.9.1的V1.8.1測試結(jié)果，則需要將其考慮在TCF中。

當(dāng)信號在信道之間跳躍時，證明諸如藍(lán)牙之類的跳頻標(biāo)準(zhǔn)的合規(guī)性可能是困難的。新標(biāo)準(zhǔn)允許制造商提供“累計(jì)傳輸時間和頻率占用”的統(tǒng)計(jì)分析（條款5.3.4），這將有助于減少制造商的測試時間和成本。

新版本該標(biāo)準(zhǔn)是下一代藍(lán)牙5.0版，計(jì)劃在同一時間尺度。這旨在使藍(lán)牙技術(shù)更適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。增加的范圍將提供更強(qiáng)大，可靠的連接，而更高的速度將使系統(tǒng)更具響應(yīng)性。增加的廣播容量將推動下一代“無連接”服務(wù)，如信標(biāo)和位置相關(guān)信息和導(dǎo)航。

藍(lán)牙技術(shù)有限公司執(zhí)行董事馬克鮑威爾說：“藍(lán)牙5將改變?nèi)藗凅w驗(yàn)物聯(lián)網(wǎng)的方式，使其成為一種簡單而無縫的環(huán)境?！?“增加操作范圍將實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出典型家庭墻壁的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的連接，同時提高速度支持更快的數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備的軟件更新?，F(xiàn)在，由于能夠廣播更豐富的信息，藍(lán)牙5將使信標(biāo)，位置感知和其他無連接服務(wù)成為輕松無縫的物聯(lián)網(wǎng)體驗(yàn)的更重要部分?！?/p>

硅設(shè)備支持藍(lán)牙5.0的產(chǎn)品將于2016年底和2017年上市，以便模塊制造商能夠提供經(jīng)過認(rèn)證的方式將技術(shù)添加到設(shè)計(jì)中。這些必須通過EN 300 328 V1.9.1過程。

該過程的一個關(guān)鍵變化是EN 300 328 V1.9.1不再引用'R'和'Q'的值，因此模塊和系統(tǒng)制造商不需要聯(lián)系芯片組供應(yīng)商這個信息。同時，制造商可以聲明的最小清除信道評估（CCA）值已從20μs減少到18μs，這將允許使用更多信道。這將減少頻段中的擁塞，并允許更多設(shè)備有效地工作并且功耗更低。接收器阻塞要求也從-30 dBm降低到-35 dBm（條款5.3.7），以幫助提高頻譜效率。

該標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)過調(diào)整，以刪除一些已被證明是無關(guān)。例如，不再需要在帶外頻率的極端溫度下進(jìn)行測試，從而減少了測試時間和成本。

標(biāo)準(zhǔn)的其他變化包括澄清和附加措辭，以協(xié)助制造商和測試實(shí)驗(yàn)室在模塊制造商的測試流程，盡管德州儀器等芯片制造商也在為使用硅片，固件和直接設(shè)計(jì)到產(chǎn)品中的高級軟件的客戶提供更快的認(rèn)證流程。模塊制造商也可以使用它來加速客戶可以投入設(shè)計(jì)的預(yù)認(rèn)證模塊。

圖3：利用TI參考設(shè)計(jì)中的固件和高級軟件加快審批流程。

獲取無線市場上的產(chǎn)品需要一系列涉及測試和文書工作的資格和認(rèn)證，對于那些不熟悉該過程的人來說，這可能相對復(fù)雜和昂貴。無法通過芯片獲得無線和監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)下的認(rèn)證，因此這歸功于Laird Technologies和Taiyo Yuden等模塊制造商，他們有責(zé)任確保模塊符合EN標(biāo)準(zhǔn)。但模塊制造商依賴于德州儀器，恩智浦和北歐半導(dǎo)體等公司設(shè)備的核心性能。

圖4：Taiyo Yuden為Wi-Fi和藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)無線模塊。

例如，Laird正在使用nRF52832系統(tǒng)來自Nordic的-on-Chip BL652模塊。該模塊已獲得所有必要的無線認(rèn)證和資格認(rèn)證，包括藍(lán)牙4.2，具有集成或可選的外部天線，并且在整個工業(yè)-40o至+85oC工作溫度范圍內(nèi)具有資格。

nRF52832是第一款使用64MHzARM?Cortex?-M4F處理器內(nèi)核與512 kB閃存和64kB RAM相結(jié)合的設(shè)備，這是一種專有的2.4 GHz無線電，具有-96 dB RX靈敏度，5.5 mA峰值RX/TX電流，片上RF Balun以及近場通信（NFC）。 Laird實(shí)施了強(qiáng)大的安全性和加密（安全的128位AES，支持Diffe Hellman配對），因此可以輕松地用于工業(yè)和企業(yè)設(shè)計(jì)中的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

“對于不熟悉RF技術(shù)或希望快速推出產(chǎn)品上市的公司和開發(fā)商來說，模塊是一個很有價值的選擇，”Nordic Semiconductor的銷售總監(jiān)Geir Langeland表示。營銷。 “物聯(lián)網(wǎng)將成長為包括許多可能沒有任何射頻設(shè)計(jì)背景或藍(lán)牙低能耗無線技術(shù)的公司。通過使用諸如Laird BL652之類的模塊，他們將能夠訪問最新的市場領(lǐng)先的無線技術(shù)，而無需采用陡峭的學(xué)習(xí)曲線，并且必然會涉及所有設(shè)計(jì)風(fēng)險和時間?！?/p>

結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)和企業(yè)應(yīng)用中的爆炸式增長正在推動人們更多地關(guān)注審批和認(rèn)證流程。由于2.4 GHz和5 GHz ISM頻段中的技術(shù)主導(dǎo)著物聯(lián)網(wǎng)的增長，因此需要確保它們在不影響其他系統(tǒng)的情況下有效運(yùn)行，這對于與新興的物聯(lián)網(wǎng)蜂窩標(biāo)準(zhǔn)競爭至關(guān)重要。 11月生效的ETSI EN標(biāo)準(zhǔn)的變化旨在進(jìn)一步改進(jìn)該認(rèn)證過程，使模塊和系統(tǒng)制造商的成本和成本降低，同時提高物聯(lián)網(wǎng)中所有設(shè)備的性能。