0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

Palma Ceia 的 NB-IoT 射频收发器系统组成结构

lhl545545 来源:与非网 作者:与非网 2020-08-13 09:55 次阅读

未来蜂窝技术(5G 新无线,或简称“NR”)的大部分关注点都是增加带宽,将移动设备上的流视频等应用的带宽从 100 kbps 扩展到 100 Mbps。许多应用对于低成本广域通信的需求不断增长。对这一需求尤其突出的是预计会在未来十年内激增到“数十亿的 IoT 设备”(图 1)。智慧城市基础设施、智慧农业、智慧能源和工业自动化等应用,不仅要求设备的功耗要低(可电池供电),还要求可以大规模部署,并且更加注重成本因素。

蜂窝 IoT 快速增长

Palma Ceia 的 NB-IoT 射频收发器系统组成结构

全球 NB-IoT 市场增长

低功耗的广域网协议(例如 LoRaSigFox)在过去几年中得到了应用部署,但是被获得采用和应用的程度各不相同。 最近,3GPP 标准组织为宽带 IoT 网络定义了一种称为窄带 IoT (NB-IoT) 的蜂窝标准。该标准已针对机器到机器类型的通信进行了优化。初始版本称为 Cat -NB1,被纳入 3GPP 第 13 版标准。名为 Cat-NB2 的增强版本被纳入 3GPP 第 14 版标准,并增加了定位和多播等新功能。

由于许多移动网络运营商 (MNO) 对其现有基础架构进行改造以支持新版本的功能,因此将 NB-IoT 协议捆绑到标准移动 3GPP 推广方案中,可以加速采用。这项加速部署还将会影响支持 NB-IoT 采用率所需的硅芯片组使用量迅速增多。在未来十年中,增长估值会有变动,推测估会有每年 40% 以上的复合年增长率估值。

全球部署主要由中国、美国和欧洲的移动网络运营商领跑。中国和欧洲大多运营商都是单独部署 NB-IoT(Cat-NB1、Cat-NB2),而美国运营商都在同时部署 NB-IoT 和 LTE-M(一种更高带宽、支持语音和数据的协议)。

全球蜂窝 IoT 通信部署

低功耗、低成本实现了集成度更高的设计

与许多利用通信设备的片上系统 (SoC) 和 MCU 相比,传统的蜂窝实现通常消耗更多的功率并且都是针对不同的硅工艺技术节点提供的。这在很大程度上使通信 IC 与应用设备分离,在涉及射频收发器实现时尤其如此。

传统的 LTE 调制解调器软硬件架构包含多个 DSP、多个硬件加速器、RISC 内核、多个操作系统、堆栈等,旨在达到宽带 LTE 调制解调器的计算密集型协议和高数据速率要求。单靠尝试缩减这种类型的实现以支持 NB-IoT,并不会产生可以节约功耗和缩减面积的解决方案。功能组合的简化和带宽要求的显著降低促进了新方法的出现。

可以基于小型低功耗 CPU/DSP 处理器,一些专用硬件加速器,专用电源管理硬件,以及基带与射频收发器之间的紧密集成,创建灵活的 NB-IoT 调制解调器(图 3)。

处理器必须提供理想的代码密度和高效的软件堆栈实现,才能缩小存储器尺寸。这样就可以避免使用片外 DRAM,这可帮助降低系统成本。同时缩短代码长度,对于实现低功耗也很重要,通过减少访问指令内存的方法尤其有效。

集成 IoT 通信解决方案(包括 iSIM

更优化的 IoT 通信子系统解决方案

Synopsys 运用在其他基于 DesignWare® ARC® 处理器的子系统中使用的类似概念,开发了 IP 子系统,致力于为低带宽通信实现高效处理。ARC IoT 通信 IP 子系统(图 4)经过专门设计,旨在为嵌入式设计人员提供嵌入式软硬件基带解决方案,以轻松向其 SoC 追加提供 3GPP 第 14 版 (Cat-NB1 / NB2) 技术支持。

Synopsys DesignWare IoT 通信 IP 子系统

完全可配置的 IP 子系统围绕 Synopsys 的 ARC EM11D 处理器构建,非常适合同时运行必要的控制代码和 DSP 代码,以实现 IoT 应用和 NB-IoT 协议栈的同步运行。EM11D 内核的许多架构功能有助于高效执行 NB-IoT 调制解调器功能,这些架构功能有零开销循环,16 + 16 复杂算术和蝶形支持,宽累加器,以及对定点算术(通过饱和和四舍五入得出)的支持。EM11D 处理器的 XY 存储器带有高级地址生成 (AGU) 功能,提供了处理器可以同步访问的三个逻辑存储器,从而使内核能够在每个周期执行一次乘积累加 (MAC),这是通信堆栈的一项重要指标。

NB-IoT 调制解调器中计算量最大的一个部分就是下行链路数据的解码。这种解码利用了 Viterbi 算法,通常也是调制解调器设计会遇到的瓶颈。在通用 CPU/DSP 处理器上利用 Viterbi 算法部署软件实现,获得的性能改进是非常有限的。IoT 通信 IP 子系统使用 ARC 处理器扩展 (APEX) 指令实现硬件加速,可大幅降低 Viterbi 解码的 MHz 要求,并能简化 API,从而可以直接替换软件实现。

该子系统还包括一个集成的数字射频前端 (DFE),在协议栈和射频收发器之间实现 I/Q 数据连接。许多第三方都提供的射频收发器本身相对简单,可以和其他基带处理实现片上集成。 图 5 展示了 Synopsys 合作伙伴 Palma Ceia SemiDesign 提供的这种射频收发器。PHY 协议层软件和简化的接口共同降低了复杂性,方便了射频 / 子系统集成工作。

Palma Ceia 的 NB-IoT 射频收发器系统组成结构

Palma Ceia 的 NB-IoT 射频收发器

集成电源管理和时钟控制单元 (PMU) 为设备提供关键支持,使设备达到 3GPP 针对电池寿命提出的严格要求。这些电池供电的设备大多用于人机交互有限的“一次设定永久有效”的应用。3GPP 标准根据通信频率(每 2 小时 / 每天一次)和数据带宽(50 字节 /200 字节)定义了几种用例。对于所有用例组合,使用 5Wh 电池的预期电池寿命均为 10 年。为了帮助 SoC 设计团队实现这一目标,子系统在 ARC EM11D 处理器以及 IoT 通信子系统逻辑的其余部分提供了多个可编程电源域。除了数据保持、时钟和电源管理等功能所需的永远在线逻辑 (AON) 之外,可以根据需要控制其余的域,以满足电源需求。 显示了子系统电源域。

Palma Ceia 的 NB-IoT 射频收发器系统组成结构

IoT 通信子系统电源域

在表 1 中可以看到电源管理的用例,表中突出强调了在活跃模式、休眠模式(存储器保持、射频闲置)和待机模式(射频电源关闭,仅 AON 逻辑活跃)下,为了尽量降低功耗,推荐 ARC EM11D 处理器、射频收发器和子系统逻辑所处的状态。

IoT 通信子系统的电源模式和电源域

总结

各种新兴智能应用的嵌入式 IoT 设备必须能够满足并支持低成本、低功耗的广域通信。与传统 LTE 协议相比,由 3GPP 定义的 NB-IoT 标准支持更加有限的数据速率和功能组合,并降低了实现起来的复杂性。这种标准可以利用简化的软硬件架构来搭建和部署耗电很少的低成本电池供电设备。

DesignWare ARC IoT 通信 IP 子系统的集成软硬件功能为传感器融合,语音触发,面部和手势识别,以及将 IoT 处理连接到云端的关键窄带通信链路等一类“始终在线”的功能提供了完善的 IoT 解决方案。
责任编辑:pj

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 收发器
    +关注

    关注

    10

    文章

    2951

    浏览量

    104574
  • 射频
    +关注

    关注

    100

    文章

    5330

    浏览量

    165700
  • IOT
    IOT
    +关注

    关注

    185

    文章

    3954

    浏览量

    192965
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    IoT设备物联网通信选型指南:NB-IoT、LTE-Cat.1与LTE-M

    NB-IoT网络组成包括 NB-IoT终端、NB-IoT基站、NB-IoT分组核心网、IoT连接
    发表于 03-13 13:46 130次阅读
    <b class='flag-5'>IoT</b>设备物联网通信选型指南:<b class='flag-5'>NB-IoT</b>、LTE-Cat.1与LTE-M

    nb-iot单灯控制器的基本功能 nb-iot单灯控制器有哪些优点?

    nb-iot单灯控制器的基本功能 nb-iot单灯控制器有哪些优点? NB-IoT单灯控制器是一种基于窄带物联网技术的智能灯光控制设备,它通过无线通信技术将灯具连接到互联网上,实现对灯光的远程
    的头像 发表于 02-03 13:59 220次阅读

    nb-iot单灯控制器中的nb-iot是什么?

    nb-iot单灯控制器中的nb-iot是什么? NB-IoT是一种低功耗宽带物联网技术,主要应用于物联网设备的通信连接。它基于现有的蜂窝网络基础设施,并提供了更低的功耗、更广的覆盖范围以及更高的连接
    的头像 发表于 02-03 11:34 938次阅读

    什么是NB-IoT模块?什么是4G模块?NB-IoT模块与4G模块之间的区别

    什么是NB-IoT模块?什么是4G模块?NB-IoT模块与4G模块之间的区别 怎么选择呢? NB-IoT模块和4G模块都是用于物联网设备连接的无线模块,但它们在技术、应用场景和性能方面有一些区别
    的头像 发表于 02-01 10:22 1966次阅读

    什么是窄带物联网(NB-IoT)?应用领域有哪些?

    什么是窄带物联网(NB-IoT)?应用领域有哪些? 窄带物联网(NB-IoT)是一种低功耗、广覆盖、低成本的无线通信技术,专为物联网应用而设计。它通过在现有蜂窝网络基础设施上进行软件升级,利用现有
    的头像 发表于 02-01 10:13 966次阅读

    NB-IoT模块应用领域

    NB-IoT模块应用领域  NB-IoT(Narrowband Internet of Things)是一种低功耗广域网技术,适用于物联网设备的连接。它是一种基于窄带信号传输的网络技术,可以实现
    的头像 发表于 12-12 14:40 302次阅读

    NB-IOT需要附近有专有网络支持吗?

    NB-IOT需要附近有专有网络支持嘛?
    发表于 11-10 07:32

    NB-IOT模组到底怎么用的?

    有用过NB-IOT模块的筒子来说一说,NB-IOT模组到底怎么用的,实现什么功能。 1、通过AT命令来开发,这样是不是灵活性不高。 2、使用物联网卡吗,哪个运营商,有固定IP吗,还是使用什么样的卡。 3、使用NB-IOT给你的产
    发表于 10-31 06:37

    NB-IoT的低功耗是怎么实现的?

    NB-IoT的低功耗是怎么实现的
    发表于 10-07 07:05

    基于NB-IoT技术智能温室大棚温湿度检测系统

    温度,SHT10模块检测湿度,MSP430单片机作为系统数据处理单元, NB-IoT模块作为射频单元,数据经运营商基站转发至IoT连接管理平台,将数据进行编解码后,推送至云端服务
    发表于 09-26 07:37

    STM32通过NB-IoT连接阿里云IOT平台

    NB-IoT技术介绍 整体框架结构 • 硬件连接注意事项 • DEMO运行效果 • 在阿里云物联网平台创建并配置产品 • 在云平台创建设备 • 常见问题及解决方法 • DEMO运行过程实物演示
    发表于 09-11 07:04

    NuMaker NUC980 IIoT如何使用LTE与NB-IoT

    NuMaker NUC980 IIoT如何使用LTE与NB-IoT
    发表于 06-20 06:47

    LoRa技术与NB-IoT的发展前景

      物联网时代飞速发展下的需求,除了不断升级的4G/5G宽带网络,低功耗广域网络(LPWAN)无疑也是大家研究的重要方向。当前,LoRa技术与NB-IoT的发展前景也成为大家争论不休的焦点。   物
    发表于 05-11 11:33

    NB-IOT与LoRa未来两种技术在国内的发展究竟如何呢?

      中国LPWAN市场已形成NB-IOT与LoRa两大技术阵营。NB-IOT自提出以来备受国家及运营商的青睐,工信部明确要求到2020年基站规模要达到150万,连接数要超过6亿。三大运营商自2017
    发表于 05-11 10:14

    【分享】​LPWAN技术之——NB-IoT

    认识LPWAN技术第二期:NB-IoT低功耗广域网(LowPowerWideAreaNetwork(简称LPWAN),即低功耗广域网络,主要用于设备之间的通讯,这种通讯技术具有网络覆盖范围广、终端
    的头像 发表于 04-19 09:46 739次阅读
    【分享】​LPWAN技术之——<b class='flag-5'>NB-IoT</b>