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，眾多無線協(xié)議正在爭奪 M2M 通信領(lǐng)域的地位。今天最合格的一款是您可能沒有想到的——LTE。

我們大多數(shù)人都知道 LTE 是用于將智能手機連接到互聯(lián)網(wǎng)的協(xié)議，但它的應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了智能手機的連接性。高速 LTE 也非常適合車輛通信，它可以實現(xiàn)高級遠(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時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，因為它們提供經(jīng)濟實惠的遠(yuǎn)程連接，同時消耗很少的功率。

用于聯(lián)網(wǎng)汽車的 LTE

雖然 LTE 目前主要用于手機，但很快它可能會成為數(shù)百萬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時運行的能力。

LTE 在汽車環(huán)境中的應(yīng)用多種多樣，包括 Wi-Fi 熱點、高級信息娛樂和導(dǎo)航、遠(yuǎn)程信息處理和 V2X 通信。這些應(yīng)用不必相互排斥，因為最新一代 LTE 模塊的帶寬足以同時支持多個用例。

無線熱點

Wi-Fi 熱點是 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?。此帶寬量允許多個用戶和應(yīng)用程序以最小的性能影響共享連接。可以同時查看多個視頻流，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。

與智能手機產(chǎn)生的熱點相比，汽車熱點在連接穩(wěn)定性和信號接收方面具有優(yōu)勢。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電池的限制。這使得即使在停車場和其他具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境中也可以接收。

信息娛樂和導(dǎo)航

LTE 為高級信息娛樂和導(dǎo)航服務(wù)提供了足夠的帶寬。可以流式傳輸實時街道圖像或視頻以幫助導(dǎo)航。乘客或車輛停放時可以進行視頻會議?？梢约磿r下載高分辨率衛(wèi)星圖像和地圖信息。

對于實時交通信息等低帶寬應(yīng)用，LTE 連接勝過 2G 或 3G 連接，通過可靠的連接進行快速、低延遲的更新。作為一項具有前瞻性的標(biāo)準(zhǔn)，LTE 技術(shù)還得益于網(wǎng)絡(luò)的長壽命。

先進的遠(yuǎn)程信息處理

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

消費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。來自車載或儀表板攝像頭的實時信息對于通信或指導(dǎo)以及應(yīng)急人員應(yīng)對事故也非常寶貴。

對于商業(yè)車隊，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的效率。診斷信息可以幫助車隊經(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。來自車載、儀表板或車載攝像頭的視頻輸入使車隊經(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 ADAS 系統(tǒng)。計劃用于 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。通過允許設(shè)備之間直接通信，車對車 （V2V） 通信可以實現(xiàn)超低延遲。這將允許發(fā)生瞬間通信，以避免發(fā)生碰撞或危險警告，這些警告發(fā)生得太快而無法由普通人類駕駛員做出反應(yīng)。

V2V 通信對于避免盲十字路口的事故、彎道周圍的道路危險以及其他能見度受阻的危險情況非常重要。它還可以通過協(xié)調(diào)車輛移動速度來改善交通流量，提供諸如道路工程警告和紅綠燈計時等環(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高，但就地蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施的易用性和可靠性能是無價的。出于這個原因，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，并且對于中低帶寬應(yīng)用來說足夠快。然而，網(wǎng)絡(luò)壽命是一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)。工業(yè)產(chǎn)品的生命周期比消費設(shè)備長得多。一旦部署，工業(yè)設(shè)備可能預(yù)計工作 5 年、10 年或更長時間。但隨著網(wǎng)絡(luò)運營商完成向 LTE 的過渡，2G 和 3G 網(wǎng)絡(luò)正在全球范圍內(nèi)退役。從長遠(yuǎn)來看，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 對新的 LTE 類別進行了標(biāo)準(zhǔn)化。這些新標(biāo)準(zhǔn)旨在可靠且經(jīng)濟地提供較低數(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)壽命和價格實惠的硬件，因為模塊的成本明顯低于智能手機中使用的更快的 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)連接或每個設(shè)備級別。

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)運營商已經(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)的一個新的、令人興奮的補充。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，使用簡單、價格合理的無線電模塊實現(xiàn)超低功耗連接。

低數(shù)據(jù)速率協(xié)議非常節(jié)能，可實現(xiàn) 10 年或更長時間的電池壽命。性能僅下降 27.2 kbps 和上升 62.5 kbps，但對于許多物聯(lián)網(wǎng)傳感和測量設(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穿透。這使得 NB-IoT 成為智能計量、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)無線電技術(shù)難以到達的嵌入式、室內(nèi)或地下位置。

NB-IoT 目前已被 Vodafone、T-Mobile、中國電信、LGU+、KT、軟銀等運營商采用。

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，但采用時存在一些障礙。雖然某些運營商已經(jīng)擁有支持它的基站，但其他運營商需要升級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)運營商采用。

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

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

除了帶寬之外，Cat M1 還適用于移動應(yīng)用，因為它能夠從移動的車輛在蜂窩塔之間切換而不會斷開連接——這是 NB-IoT 無法做到的。此外，Cat M1 可以支持語音功能，非常適合警報或緊急響應(yīng)系統(tǒng)等應(yīng)用。

對于許多移動網(wǎng)絡(luò)運營商來說，Cat M1 基礎(chǔ)設(shè)施也更易于實施。雖然 NB-IoT 需要對某些運營商進行硬件升級，但 Cat M1 支持通常只需要軟件升級。在北美，幾家運營商已經(jīng)在全國范圍內(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)計人員的另一個選擇是同時支持兩者。像 u-blox SARA-R4 這樣的多模模塊同時支持 Cat M1 和 NB-IoT，從而可以輕松設(shè)計一款適用于全球的設(shè)備。

不僅適用于智能手機

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。更高的速度變化是聯(lián)網(wǎng)汽車應(yīng)用的完美平臺，而面向 V2X 的 LTE 的發(fā)布只會擴大蜂窩網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在汽車用例中的應(yīng)用。

與此同時，新的低速 LTE 類別擴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)，并在未來很長一段時間內(nèi)。

審核編輯：郭婷