【導(dǎo)讀】有許多物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用因?yàn)榉秶^廣、距離較遠(yuǎn)，必須借助低功耗廣域網(wǎng)絡(luò)（LPWAN）技術(shù)，來(lái)提供更低的設(shè)備復(fù)雜性和擴(kuò)展覆蓋范圍，同時(shí)允許重復(fù)使用現(xiàn)有的LTE基站，來(lái)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(luò)模塊產(chǎn)品特性與應(yīng)用領(lǐng)域，供您進(jìn)一步了解與采用。
LTE-M支持廣泛的蜂窩設(shè)備和服務(wù)
LTE-M是LTE Cat-M1或長(zhǎng)期演進(jìn)（4G）類別M1的縮寫，該技術(shù)用于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備直接連接到4G網(wǎng)絡(luò)（移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商－MNO，如AT&T或Verizon等），其無(wú)需采用網(wǎng)關(guān)，通常使用電池運(yùn)作。LTE-M也是eMTC（增強(qiáng)型機(jī)器類型通信）技術(shù)的簡(jiǎn)化行業(yè)術(shù)語(yǔ)，這是一種由3GPP開發(fā)的LPWAN無(wú)線電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，用于支持廣泛的蜂窩設(shè)備和服務(wù)（特別是機(jī)器對(duì)機(jī)器和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用）。
LTE-M技術(shù)可支持地理位置定位，可支持免GPS、低功耗的周期性跟蹤應(yīng)用，其尺寸較小，對(duì)想要采用蜂窩連接方式的可穿戴設(shè)備來(lái)說(shuō)極具吸引力，由于具備標(biāo)準(zhǔn)化的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)PTCRB/GCF認(rèn)證，可提高與全球無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用方面的全球互操作性，支持低電量運(yùn)作，采用專為低電流消耗而設(shè)計(jì)的協(xié)議，可將電池壽命延長(zhǎng)至10年以上，適用于廣泛的用例，可以在低成本的同時(shí)，支持各類場(chǎng)景的連接。
LTE-M還支持相對(duì)快速的數(shù)據(jù)吞吐量、移動(dòng)性、漫游和潛在的語(yǔ)音服務(wù)，并支持HTTPS和MQTTS的安全聯(lián)機(jī)，其移動(dòng)性可支持在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中針對(duì)小區(qū)邊緣和切換場(chǎng)景的平滑操作。在主要移動(dòng)設(shè)備、芯片組和模塊制造商的支持下，LTE-M網(wǎng)絡(luò)將與2G、3G和4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)共存，并受益于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的安全和隱私功能，例如支持用戶身份保密、實(shí)體認(rèn)證、數(shù)據(jù)完整性和移動(dòng)設(shè)備識(shí)別，可廣泛應(yīng)用于可穿戴設(shè)備與工業(yè)領(lǐng)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(diào)）、設(shè)備和建筑物維護(hù)、安全（智能鎖、運(yùn)動(dòng)傳感器或攝像頭、智能煙霧或火警、漏水、停電探測(cè)器）、衛(wèi)生（水流、紙張消耗、干手氣流、芳香或清潔化學(xué)噴霧）等應(yīng)用。
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(biāo)準(zhǔn)的LPWA技術(shù)，旨在支持各種新的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和服務(wù)，NB-IoT顯著提高了用戶設(shè)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(guò)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(yīng)用。
NB-IoT使用LTE標(biāo)準(zhǔn)的子集，但將帶寬限制為200kHz的單個(gè)窄帶，采用新的物理層信號(hào)和通道，可滿足擴(kuò)展覆蓋范圍（農(nóng)村和室內(nèi)深處）和超低設(shè)備復(fù)雜性的苛刻要求。NB-IoT技術(shù)具有更低的傳輸成本，NB-IoT模塊的初始成本預(yù)計(jì)與GSM/GPRS相當(dāng)，然而其底層技術(shù)比GSM/GPRS簡(jiǎn)單得多，而且隨著需求的增加，其成本預(yù)計(jì)會(huì)迅速下降，針對(duì)某些對(duì)網(wǎng)絡(luò)延遲要求不高的應(yīng)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(guò)PTCRB/GCF認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)化特性，提高了與全球無(wú)線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(lái)提供額外保障，反之亦然。
NB-IoT已經(jīng)得到所有主要移動(dòng)設(shè)備、芯片組和模塊制造商的支持，可與2G、3G和4G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)共存。它還受益于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的所有安全和隱私功能，例如支持用戶身份機(jī)密性、實(shí)體認(rèn)證、機(jī)密性、數(shù)據(jù)完整性和移動(dòng)設(shè)備識(shí)別。
同時(shí)支持Cat. M1與NB-IoT的LPWA網(wǎng)絡(luò)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(biāo)準(zhǔn)，需要獲得許可才能使用無(wú)線電頻段，它非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)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(dòng)通信，例如當(dāng)設(shè)備移動(dòng)時(shí)，并且由于它使用許可頻段，不太可能發(fā)生無(wú)線電干擾，并且速度更快，使其可用于物聯(lián)網(wǎng)和其他應(yīng)用中的可穿戴設(shè)備。
LTE Cat. M1適合用于定期上傳小量信息的應(yīng)用，提供1 Mbps上行和1 Mbps下行速度，可實(shí)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(dòng)性和網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)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(hù)帶頻段。
Murata推出的Type 1SE（LBAD0ZZ1SE）模塊是可同時(shí)支持Cat. M1與NB-IoT的模塊，符合日本認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，并支持Truphone eSIM技術(shù)，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(nèi)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(jī)接口，以及ADC、GPIO、I2C、JTAG、PWM、SPI外設(shè)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(duì)Class 3 LTE輸出功率進(jìn)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(shí)現(xiàn)長(zhǎng)達(dá)10年的電池壽命，休眠電流僅3μA，eDRX電流為<50μA @ 8個(gè)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(guò)FCC/IC/RED/TELEC與GCF/PTCRB認(rèn)證，支持OTA固件升級(jí)，可連接經(jīng)認(rèn)證的全球運(yùn)營(yíng)Truphone運(yùn)營(yíng)商，并支持其他認(rèn)證，以加快開發(fā)進(jìn)程。
提供完整的軟硬件開發(fā)環(huán)境
Murata Type 1SE（LBAD0ZZ1SE）模塊內(nèi)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(yùn)行頻率高達(dá)80 MHz的高性能Arm? Cortex?-M4 32位RISC內(nèi)核，可實(shí)現(xiàn)全套DSP指令和內(nèi)存保護(hù)單元（MPU），增強(qiáng)應(yīng)用的安全性，具備嵌入式AES硬件加速器，支持廣泛的增強(qiáng)型I/O和外圍設(shè)備，連接到兩條APB總線、兩條AHB總線和一個(gè)32位多AHB總線矩陣，并提供一個(gè)快速12位ADC（5 Msps）、兩個(gè)比較器、一個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)內(nèi)部電壓基準(zhǔn)緩沖器、一個(gè)低功耗RTC、一個(gè)通用32位定時(shí)器、一個(gè)專用于電機(jī)控制的16位PWM定時(shí)器、四個(gè)通用16位定時(shí)器和兩個(gè)16位低功耗定時(shí)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(wù)合作伙伴STMicro搭配評(píng)估套件，STMicro Discovery套件B-L462E-CELL1是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的交鑰匙開發(fā)平臺(tái)，包含一個(gè)由LBAD0ZZ1SE模塊供電的低功耗Discovery主板、一個(gè)全球覆蓋天線和一個(gè)扇出板。LBAD0ZZ1SE模塊包括一個(gè)STM32L462REY6TR微控制器、一個(gè)LBAD0XX1SC-DM超小型LTE Cat M/NB調(diào)制解調(diào)器，和一個(gè)帶有預(yù)付費(fèi)蜂窩連接數(shù)據(jù)平面的ST4SIM-200M GSMA認(rèn)證嵌入式SIM，ST4SIM-200M也可用作應(yīng)用的嵌入式安全組件（eSE）。
B-L462E-CELL1板的STMod+和擴(kuò)展引腳連接提供了強(qiáng)大的擴(kuò)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(diào)試器／編程器，并附帶全面的STM32Cube軟件庫(kù)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(jié)語(yǔ)
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)逐漸進(jìn)入人們的生活中，許多長(zhǎng)距離、廣范圍的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備便需要使用支持Cat. M1與NB-IoT的LPWA網(wǎng)絡(luò)模塊，來(lái)提升物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)作效率與使用壽命，Murata的Cat. M1/NB-IoT LPWA網(wǎng)絡(luò)模塊，則將是相關(guān)應(yīng)用的理想選擇之一。
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