LTE在M2M通信領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的發(fā)展和成熟，眾多無(wú)線協(xié)議正在爭(zhēng)奪 M2M 通信領(lǐng)域的地位。今天最合格的一款是您可能沒(méi)有想到的——LTE。

我們大多數(shù)人都知道 LTE 是用于將智能手機(jī)連接到互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議，但它的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了智能手機(jī)的連接性。高速 LTE 也非常適合車輛通信，它可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)遠(yuǎn)程信息處理或車輛到 X （V2X） 通信。它的高數(shù)據(jù)速率、低延遲以及即使在高速移動(dòng)時(shí)也能正常工作的能力使其成為連接汽車和車輛的理想?yún)f(xié)議。

但LTE不僅僅是速度。新的、低功耗和低數(shù)據(jù)速率版本的 LTE 非常適合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，因?yàn)樗鼈兲峁┙?jīng)濟(jì)實(shí)惠的遠(yuǎn)程連接，同時(shí)消耗很少的功率。

用于聯(lián)網(wǎng)汽車的 LTE

雖然 LTE 目前主要用于手機(jī)，但很快它可能會(huì)成為數(shù)百萬(wàn)輛汽車用于連接到云的主要技術(shù)——以及彼此之間的連接。我們認(rèn)為 LTE 是一種智能手機(jī)技術(shù)，但 LTE 的高速和低延遲使其非常適合汽車和車輛應(yīng)用。除了速度快之外，LTE 還具有出色的遠(yuǎn)程蜂窩塔切換性能以及在高速移動(dòng)時(shí)運(yùn)行的能力。

LTE 在汽車環(huán)境中的應(yīng)用多種多樣，包括 Wi-Fi 熱點(diǎn)、高級(jí)信息娛樂(lè)和導(dǎo)航、遠(yuǎn)程信息處理和 V2X 通信。這些應(yīng)用不必相互排斥，因?yàn)?a href="http://ttokpm.com/article/zt/" target="_blank">最新一代 LTE 模塊的帶寬足以同時(shí)支持多個(gè)用例。

無(wú)線熱點(diǎn)

Wi-Fi 熱點(diǎn)是 LTE 蜂窩技術(shù)在汽車領(lǐng)域最明顯、最有效的應(yīng)用之一。LTE 提供與現(xiàn)代有線寬帶連接相當(dāng)?shù)乃俣?。此帶寬量允許多個(gè)用戶和應(yīng)用程序以最小的性能影響共享連接?？梢酝瑫r(shí)查看多個(gè)視頻流，所有這些都可以在不影響其他連接應(yīng)用程序的情況下發(fā)生。

與智能手機(jī)產(chǎn)生的熱點(diǎn)相比，汽車熱點(diǎn)在連接穩(wěn)定性和信號(hào)接收方面具有優(yōu)勢(shì)。汽車中的 LTE 模塊可以利用更大的外部天線，并且功耗不受小型手機(jī)電池的限制。這使得即使在停車場(chǎng)和其他具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中也可以接收。

信息娛樂(lè)和導(dǎo)航

LTE 為高級(jí)信息娛樂(lè)和導(dǎo)航服務(wù)提供了足夠的帶寬?？梢粤魇絺鬏攲?shí)時(shí)街道圖像或視頻以幫助導(dǎo)航。乘客或車輛停放時(shí)可以進(jìn)行視頻會(huì)議?？梢约磿r(shí)下載高分辨率衛(wèi)星圖像和地圖信息。

對(duì)于實(shí)時(shí)交通信息等低帶寬應(yīng)用，LTE 連接勝過(guò) 2G 或 3G 連接，通過(guò)可靠的連接進(jìn)行快速、低延遲的更新。作為一項(xiàng)具有前瞻性的標(biāo)準(zhǔn)，LTE 技術(shù)還得益于網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)壽命。

先進(jìn)的遠(yuǎn)程信息處理

遠(yuǎn)程信息處理是另一個(gè)從 LTE 連接中受益匪淺的領(lǐng)域。蜂窩連接允許將詳細(xì)的實(shí)時(shí)車輛位置和診斷信息上傳到云端。這種信息可以使消費(fèi)者和商業(yè)用例受益。

消費(fèi)者受益于了解其車輛的位置和狀態(tài)。例如，父母可能想知道家用汽車的位置及其診斷信息。來(lái)自車載或儀表板攝像頭的實(shí)時(shí)信息對(duì)于通信或指導(dǎo)以及應(yīng)急人員應(yīng)對(duì)事故也非常寶貴。

對(duì)于商業(yè)車隊(duì)，更詳細(xì)的遠(yuǎn)程信息處理信息可以幫助管理人員提高駕駛員和車隊(duì)的效率。診斷信息可以幫助車隊(duì)經(jīng)理更準(zhǔn)確地監(jiān)控車輛健康狀況，以保持車輛在路上行駛。來(lái)自車載、儀表板或車載攝像頭的視頻輸入使車隊(duì)經(jīng)理能夠更有效地與駕駛員溝通、提供遠(yuǎn)程指導(dǎo)或遠(yuǎn)程監(jiān)控工作（例如貨物裝卸）。

V2X 通信

隨著即將推出的用于 V2X 通信的 LTE 的推出，LTE 將很快能夠改進(jìn) ADAS 系統(tǒng)。計(jì)劃用于 3GPP 標(biāo)準(zhǔn)的第 14 版，用于 V2X 的 LTE 旨在讓車輛與其他車輛和周圍的世界進(jìn)行通信。這些信息可用于預(yù)防事故、改善交通流量并收集有用信息，以使旅程更安全、更快、更高效。

LTE 通信通常是從終端用戶設(shè)備到基站，而 V2X 通信將增加設(shè)備到設(shè)備的直接通信模式。通過(guò)允許設(shè)備之間直接通信，車對(duì)車 （V2V） 通信可以實(shí)現(xiàn)超低延遲。這將允許發(fā)生瞬間通信，以避免發(fā)生碰撞或危險(xiǎn)警告，這些警告發(fā)生得太快而無(wú)法由普通人類駕駛員做出反應(yīng)。

V2V 通信對(duì)于避免盲十字路口的事故、彎道周圍的道路危險(xiǎn)以及其他能見度受阻的危險(xiǎn)情況非常重要。它還可以通過(guò)協(xié)調(diào)車輛移動(dòng)速度來(lái)改善交通流量，提供諸如道路工程警告和紅綠燈計(jì)時(shí)等環(huán)境感知信息。

用于連接物聯(lián)網(wǎng)的 LTE

雖然高速 LTE 對(duì)聯(lián)網(wǎng)汽車很有意義，但在許多其他物聯(lián)網(wǎng)用例中，高速 LTE 的帶寬是不必要的并且成本過(guò)高，但就地蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施的易用性和可靠性能是無(wú)價(jià)的。出于這個(gè)原因，今天的許多物聯(lián)網(wǎng)部署，從智能電網(wǎng)到資產(chǎn)跟蹤器和安全性，仍然依賴于 3G 甚至 2G 蜂窩連接。

這些傳統(tǒng)技術(shù)提供了蜂窩技術(shù)的便利性，并且對(duì)于中低帶寬應(yīng)用來(lái)說(shuō)足夠快。然而，網(wǎng)絡(luò)壽命是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。工業(yè)產(chǎn)品的生命周期比消費(fèi)設(shè)備長(zhǎng)得多。一旦部署，工業(yè)設(shè)備可能預(yù)計(jì)工作 5 年、10 年或更長(zhǎng)時(shí)間。但隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商完成向 LTE 的過(guò)渡，2G 和 3G 網(wǎng)絡(luò)正在全球范圍內(nèi)退役。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，今天制造的設(shè)備不再依賴于傳統(tǒng)蜂窩技術(shù)的支持。

為了滿足這些中低帶寬 M2M 應(yīng)用的需求，以及為新的超低帶寬用例開放 LTE，3GPP 對(duì)新的 LTE 類別進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。這些新標(biāo)準(zhǔn)旨在可靠且經(jīng)濟(jì)地提供較低數(shù)據(jù)速率的連接。它們滿足了依賴上一代蜂窩技術(shù)的設(shè)備的需求，還擴(kuò)展了 LTE 以支持超低帶寬應(yīng)用。

LTE 類別 1

LTE Cat 1 具有下行 10 Mbps/上行 5 Mbps 的性能，可滿足中低帶寬應(yīng)用的需求。它提供了可靠的蜂窩連接水平、網(wǎng)絡(luò)壽命和價(jià)格實(shí)惠的硬件，因?yàn)槟K的成本明顯低于智能手機(jī)中使用的更快的 LTE Cat 4+ 模塊。除了成本更低之外，LTE Cat 1 的功耗也明顯低于 Cat 4+，這對(duì)于電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備至關(guān)重要。

Cat 1 LTE 適用于從監(jiān)控視頻饋送到警報(bào)系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息處理、ATM 等的工業(yè)應(yīng)用。硬件成本足夠低，可以部署用于網(wǎng)關(guān)連接或每個(gè)設(shè)備級(jí)別。

網(wǎng)絡(luò)提供商看到了 Cat 1 技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的潛力，大多數(shù)主要的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在世界各地部署了它。

窄帶物聯(lián)網(wǎng)（LTE Cat NB1）

NB-IoT （Cat NB1） 是 LTE 蜂窩標(biāo)準(zhǔn)的一個(gè)新的、令人興奮的補(bǔ)充。它使用明顯不同的物理層和鏈路層協(xié)議，但仍利用蜂窩基站基礎(chǔ)設(shè)施，使用簡(jiǎn)單、價(jià)格合理的無(wú)線電模塊實(shí)現(xiàn)超低功耗連接。

低數(shù)據(jù)速率協(xié)議非常節(jié)能，可實(shí)現(xiàn) 10 年或更長(zhǎng)時(shí)間的電池壽命。性能僅下降 27.2 kbps 和上升 62.5 kbps，但對(duì)于許多物聯(lián)網(wǎng)傳感和測(cè)量設(shè)備而言，這些指標(biāo)綽綽有余。

此外，該技術(shù)的窄帶特性以及亞千兆赫頻帶部署允許良好的信號(hào)穿透。這使得 NB-IoT 成為智能計(jì)量、安全系統(tǒng)和其他應(yīng)用的完美協(xié)議，這些應(yīng)用通常需要設(shè)備位于傳統(tǒng)無(wú)線電技術(shù)難以到達(dá)的嵌入式、室內(nèi)或地下位置。

NB-IoT 目前已被 Vodafone、T-Mobile、中國(guó)電信、LGU+、KT、軟銀等運(yùn)營(yíng)商采用。

LTE 貓 M1

雖然 NB-IoT 理論上是許多物聯(lián)網(wǎng)傳感器應(yīng)用的完美協(xié)議，但采用時(shí)存在一些障礙。雖然某些運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)擁有支持它的基站，但其他運(yùn)營(yíng)商需要升級(jí)其基站硬件以支持它。但是，還有另一種空中接口具有 NB-IoT 所缺乏的一些功能，并已被另一組網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商采用。

輸入 LTE Cat M1。該協(xié)議存在于 Cat 1 和 NB-IoT 之間的帶寬級(jí)別。Cat M1 在半雙工模式下支持高達(dá) 375 kbps 的速率，而不是幾十 kbps。和NB-IoT一樣，它也有很強(qiáng)的滲透力和很好的覆蓋范圍。

由于帶寬差異，Cat M1 對(duì)于中等帶寬的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用會(huì)更加省電，而 NB-IoT 對(duì)于超低帶寬的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用會(huì)更加省電。兩種協(xié)議都支持智能省電模式，并且設(shè)計(jì)得當(dāng)，可以使設(shè)備的電池壽命約為 10 年。

除了帶寬之外，Cat M1 還適用于移動(dòng)應(yīng)用，因?yàn)樗軌驈囊苿?dòng)的車輛在蜂窩塔之間切換而不會(huì)斷開連接——這是 NB-IoT 無(wú)法做到的。此外，Cat M1 可以支持語(yǔ)音功能，非常適合警報(bào)或緊急響應(yīng)系統(tǒng)等應(yīng)用。

對(duì)于許多移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)，Cat M1 基礎(chǔ)設(shè)施也更易于實(shí)施。雖然 NB-IoT 需要對(duì)某些運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行硬件升級(jí)，但 Cat M1 支持通常只需要軟件升級(jí)。在北美，幾家運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在全國(guó)范圍內(nèi)部署了 Cat M1 網(wǎng)絡(luò)。

由于 Cat M1 和 NB-IoT 網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍往往因地理位置而異，因此當(dāng)今設(shè)備設(shè)計(jì)人員的另一個(gè)選擇是同時(shí)支持兩者。像 u-blox SARA-R4 這樣的多模模塊同時(shí)支持 Cat M1 和 NB-IoT，從而可以輕松設(shè)計(jì)一款適用于全球的設(shè)備。

不僅適用于智能手機(jī)

LTE 是我們都知道和喜愛的快速蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它的功能正在發(fā)展，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了智能手機(jī)。更高的速度變化是聯(lián)網(wǎng)汽車應(yīng)用的完美平臺(tái)，而面向 V2X 的 LTE 的發(fā)布只會(huì)擴(kuò)大蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車用例中的應(yīng)用。

與此同時(shí)，新的低速 LTE 類別擴(kuò)大了其覆蓋范圍和功能。1 類、Cat M1 和 NB-IoT 使 LTE 能夠以蜂窩連接的可靠性為低功耗和低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用服務(wù)，并在未來(lái)很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)。

審核編輯：郭婷