低功耗網(wǎng)絡如何專為物聯(lián)網(wǎng)打造

Leti針對IoT應用開發(fā)采用專利Turbo-FSK波形的LPWA技術，據(jù)稱較LoRa和NB-IoT更具優(yōu)勢…

歐洲研究機構LeTI最近針對一種新的低功耗廣域（LPWA）網(wǎng)絡技術進行現(xiàn)場測試——這是一種專為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應用量身打造的波形。LeTI表示，相較于LoRa和窄頻物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）等其他LPWA技術，新開發(fā)的波形技術在覆蓋范圍、數(shù)據(jù)速率的靈活度和功耗方面均展現(xiàn)顯著的性能提升。

盡管這項計劃仍處于研究階段，但LeTI智能對象通訊實驗室（Smart Object CommunicaTIon Laboratory）負責人Vincent Berg在接受《EE Times》的訪問時指出，在為這項研究實現(xiàn)優(yōu)化和進一步整合的開發(fā)藍圖中包括了射頻（RF） ASIC的開發(fā)，同時，目前還在研究相關的標準化。

Leti開發(fā)的LPWA新技術包括專利的Turbo-FSK波形，這是一種靈活的物理層（PHY）方法。它還采用了通道接合技術，即聚合非連續(xù)信道以提高覆蓋范圍和數(shù)據(jù)速率的能力。經(jīng)過現(xiàn)場測試后證實，這種LPWA途徑較LoRa和NB-IoT更具優(yōu)勢。LoRa和NB-IoT是兩種主要的LPWA技術，能以低成本和長電池壽命實現(xiàn)廣域通訊。

Vincent Berg

根據(jù)場測結(jié)果顯示，該新技術特別適用于遠距離的大規(guī)模機器類通訊（mMTC）系統(tǒng)。預計在2020年開始部署5G網(wǎng)絡之后，這些能以無線進行通訊的數(shù)十億臺機器類終端系統(tǒng)將迅速普及，因為針對人類用戶設計的蜂巢式系統(tǒng)已無法充份傳輸定義mMTC系統(tǒng)的極短數(shù)據(jù)封包。

為了證實新的LPWA波形性能及其靈活度，此次場測的結(jié)果主要來自系統(tǒng)的物理層靈活度。透過這種靈活度顯示，當傳輸條件并不特別有利或需要遠距離傳輸時，能夠?qū)?shù)據(jù)速率從3Mbit/s調(diào)整至4kbit/s。

在有利的傳輸條件下——例如較短的距離和視距（LoS），Leti的系統(tǒng)可以使用廣泛部署的單載波頻分多任務（SC-FDM）物理層選擇高的數(shù)據(jù)速率，有效利用低功耗傳輸方式。在更嚴苛的傳輸條件下，系統(tǒng)則切換到更具彈性的高性能正交頻分多任務（OFDM）。而當需要非常遠距離的傳輸和功率效率時，系統(tǒng)則會選擇Turbo-FSK，結(jié)合正交調(diào)變與卷積碼的平行級聯(lián)，并使波形適于加速處理。透過為物聯(lián)網(wǎng)應用優(yōu)化的媒體訪問控制（MAC），系統(tǒng)將會自動選擇最佳途徑。

Berg說：“Leti Turbo-FSK接收器的性能接近香農(nóng)理論（Shannon）極限，這是在特定噪聲信道上無誤差傳輸數(shù)據(jù)的最大速率，而且適用于低頻譜效率。此外，波形呈現(xiàn)恒定封包——即具有等于0dB的峰值對均值功率比（PAPR），這對于功耗特別有利。因此，Turbo-FSK非常適合未來的LPWA系統(tǒng)，特別是5G蜂巢式系統(tǒng)中。”

Leti LPWA測試結(jié)果與性能比較（來源：Leti）

在新系統(tǒng)中，MAC層利用不同波形的優(yōu)勢，并為自適應情境而設計，例如使用場景和應用。它將根據(jù)裝置的移動性、高數(shù)據(jù)速率、能量效率或是網(wǎng)絡擁擠情況等應用，結(jié)合根據(jù)無線電環(huán)境調(diào)整通訊的決策模塊，從而優(yōu)化地選擇最適用的配置。透過動態(tài)調(diào)整MAC協(xié)議，以及控制鏈路質(zhì)量的決策模塊，即可實現(xiàn)應用傳輸要求的優(yōu)化。

Berg說，截至目前為止，這項研究一部份是自籌資金，一部份資金則來自與業(yè)界合作伙伴雙邊合作的結(jié)果，但由于保密協(xié)議而無法透露是哪一家合作伙伴。不過，「由于這家合作伙伴的策略方向改變，目前這項合作關系已經(jīng)結(jié)束了?！?/p>