通過智能手機和平板電腦, 移動無線通信已經徹底改變了人們的工作方式.
廣域無線連接可以從任何地方訪問互聯網伺服器. 而下一步是把無線通信的力量傳播到機器類型通信上(MTC). 這將在跨越行業的製造, 城市管理, 交通和能源服務中掀起一場變革.
沿著道路的感測器將交通流量資訊傳達給往來的車輛,讓他們自由地移動. 相同的數據可以通知客戶貨物預計到達的時間. 附近其它感測器會跟蹤水分和空氣汙染水平,確保空氣是新鮮健康的, 並且植物獲得了足夠的水分和營養物質. 所有這些感測器將使用無線通信技術與雲端伺服器保持聯繫, 同時他們將使用其它無線服務,如全球導航衛星系統 (GNSS) 網路跟蹤其位置.
位置識別不僅對移動感測器 (如安裝在運輸卡車上的) 是至關重要的, 對於那些在使用周期裡固定位置的環境感測器也很幫助. 位置識別可以降低感測器部署成本,讓他們準確地報告所在位置而無需操作員幹預, 並且在無意或者有意移動後發出訊號.
廣泛分布的感測器和物聯網節點對於支援低功耗廣域網路(LPWAN)應用來說是必要的. 現有的許多物聯網應用程序都建立在短程協議如6Lowpan, 藍芽和Zigbee之上, 受到幾百米範圍的局限, 不足以支撐新一代大規模的MTC系統.
為LPWAN應用設計的協議提供的通信能力可以覆蓋一公裡之間的節點, 或者通過最近的網關和節點擴大距離. 這樣的通信範圍大大降低了部署成本, 包括農業所需的環境感測器等設備, 用於監控公路, 鐵路和河流的物聯網節點, 以及家用的智能電錶. 此外LPWAN的典型頻率可以直接到達埋在地下或者放置在地下室的設備, 而無需額外部署昂貴的網關.
MTC實現有很多可選項, 包括訪問未經授權和授權的頻段. LoRA 標註工作在未經授權的頻段, 數據速率高達12.5kbit/s. 未經授權的頻段似乎可以提供更低的運營成本, 但在實際操作中, 用戶仍然需要部署自己的網關或租用第三方提供的設備. 依賴未經授權的頻段也會導致更高的風險, 受到來自同頻段其他用戶的幹擾. 此外,LoRA 技術授權的方式會限制晶片供應商的數量, 防止被整合到定製化的低成本單晶片物聯網控制器中.
蜂窩通信增加了選項
另一方面蜂窩通訊由於使用授權頻段, 可以防止很多幹擾, 為晶片整合商提供了更多的整體靈活性和自由度. 3GPP標準組織定義了一系列IoT-ready的協議, 最新定義的是窄帶IoT(NB-IoT). 它能夠支援穿透地下的訊號, 這類似於GSM的增強覆蓋形式. NB-IoT將數據速率從10kbit/s 提高到50kbit/s, 增強的功能不僅可以改善系統性能,還可以節約能源.
3GPP對於數據吞吐量的標準化進程重點關注能源效率, 不斷改進以繼續提高性能. 例如NB-IoT標準Release 14中, 3GPP委員會專家發現在傳輸過程中保持相對較高的吞吐量是比限制比特率更好的辦法, 這使得物聯網節點更快地完成傳輸並且快速進入節電休眠模式. 這樣一來消耗在傳輸過程中的功耗就減少了 (它主要由功率放大器(PA)實現) . 運營商致力於儘快部署Release 14,確保現在開始開發的設備能夠支援現實世界的網路.
NB-IoT的架構
要完成對NB-IoT的支援, 就需要一個高效的計算架構來處理, 在一個特有的處理器上完成高峰值數據速率所需的訊號處理, modem 協議棧和運行感測器應用程式碼. 如果這三個任務可以在同一個處理器子系統上完成, 相較於雙核處理器實現就節省了矽成本和功耗. CEVA分析了移動物聯網標準, 發現在嚴格的功耗預算下, 採用專用指令處理高數據吞吐流水線比外掛硬體加速器的整體性能更優.
如果晶片實現上處理器運行在150MHz, 其中一半的處理器性能可以運行應用程序, 同時,DSP核正在NB-IoT通道上傳送或接收數據.
完整的NB-IoT平台
更進一步, CEVA的Dragonfly NB平台包括CEVA-X1處理器和合作夥伴ASTRI提供的軟體支援, 再加上針對物聯網節點進行節能設計的外設. 因為許多LPWAN相容的物聯網節點應用程序需要識別位置, 射頻收發器同時支援蜂窩移動和GNSS訊號. 這種低中頻架構完成RF到基帶數據的轉換, 可以整合和直接連接一個數字前端單元(DFE). 收發器提供了一個片上數字振蕩器,以避免使用一個更昂貴的片外壓控溫度補償裝置.
一個完整的軟體棧為NB-IoT和GNSS提供了端到端支援, 通過RTOS作業系統管理數據通信和用戶應用程序任務. 所以說這是一個為新一代大規模MTC系統而設計的平台, 可以支援快速開發物聯網的應用程序.