LTE在M2M通信领域中的应用

随着物联网 （IoT） 的发展和成熟，众多无线协议正在争夺 M2M 通信领域的地位。今天最合格的一款是您可能没有想到的——LTE。

我们大多数人都知道 LTE 是用于将智能手机连接到互联网的协议，但它的应用远远超出了智能手机的连接性。高速 LTE 也非常适合车辆通信，它可以实现高级远程信息处理或车辆到 X （V2X） 通信。它的高数据速率、低延迟以及即使在高速移动时也能正常工作的能力使其成为连接汽车和车辆的理想协议。

但LTE不仅仅是速度。新的、低功耗和低数据速率版本的 LTE 非常适合物联网应用，因为它们提供经济实惠的远程连接，同时消耗很少的功率。

用于联网汽车的 LTE

虽然 LTE 目前主要用于手机，但很快它可能会成为数百万辆汽车用于连接到云的主要技术——以及彼此之间的连接。我们认为 LTE 是一种智能手机技术，但 LTE 的高速和低延迟使其非常适合汽车和车辆应用。除了速度快之外，LTE 还具有出色的远程蜂窝塔切换性能以及在高速移动时运行的能力。

LTE 在汽车环境中的应用多种多样，包括 Wi-Fi 热点、高级信息娱乐和导航、远程信息处理和 V2X 通信。这些应用不必相互排斥，因为最新一代 LTE 模块的带宽足以同时支持多个用例。

无线热点

Wi-Fi 热点是 LTE 蜂窝技术在汽车领域最明显、最有效的应用之一。LTE 提供与现代有线宽带连接相当的速度。此带宽量允许多个用户和应用程序以最小的性能影响共享连接。可以同时查看多个视频流，所有这些都可以在不影响其他连接应用程序的情况下发生。

与智能手机产生的热点相比，汽车热点在连接稳定性和信号接收方面具有优势。汽车中的 LTE 模块可以利用更大的外部天线，并且功耗不受小型手机电池的限制。这使得即使在停车场和其他具有挑战性的环境中也可以接收。

信息娱乐和导航

LTE 为高级信息娱乐和导航服务提供了足够的带宽。可以流式传输实时街道图像或视频以帮助导航。乘客或车辆停放时可以进行视频会议。可以即时下载高分辨率卫星图像和地图信息。

对于实时交通信息等低带宽应用，LTE 连接胜过 2G 或 3G 连接，通过可靠的连接进行快速、低延迟的更新。作为一项具有前瞻性的标准，LTE 技术还得益于网络的长寿命。

先进的远程信息处理

远程信息处理是另一个从 LTE 连接中受益匪浅的领域。蜂窝连接允许将详细的实时车辆位置和诊断信息上传到云端。这种信息可以使消费者和商业用例受益。

消费者受益于了解其车辆的位置和状态。例如，父母可能想知道家用汽车的位置及其诊断信息。来自车载或仪表板摄像头的实时信息对于通信或指导以及应急人员应对事故也非常宝贵。

对于商业车队，更详细的远程信息处理信息可以帮助管理人员提高驾驶员和车队的效率。诊断信息可以帮助车队经理更准确地监控车辆健康状况，以保持车辆在路上行驶。来自车载、仪表板或车载摄像头的视频输入使车队经理能够更有效地与驾驶员沟通、提供远程指导或远程监控工作（例如货物装卸）。

V2X 通信

随着即将推出的用于 V2X 通信的 LTE 的推出，LTE 将很快能够改进 ADAS 系统。计划用于 3GPP 标准的第 14 版，用于 V2X 的 LTE 旨在让车辆与其他车辆和周围的世界进行通信。这些信息可用于预防事故、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 通信通常是从终端用户设备到基站，而 V2X 通信将增加设备到设备的直接通信模式。通过允许设备之间直接通信，车对车 （V2V） 通信可以实现超低延迟。这将允许发生瞬间通信，以避免发生碰撞或危险警告，这些警告发生得太快而无法由普通人类驾驶员做出反应。

V2V 通信对于避免盲十字路口的事故、弯道周围的道路危险以及其他能见度受阻的危险情况非常重要。它还可以通过协调车辆移动速度来改善交通流量，提供诸如道路工程警告和红绿灯计时等环境感知信息。

用于连接物联网的 LTE

虽然高速 LTE 对联网汽车很有意义，但在许多其他物联网用例中，高速 LTE 的带宽是不必要的并且成本过高，但就地蜂窝基础设施的易用性和可靠性能是无价的。出于这个原因，今天的许多物联网部署，从智能电网到资产跟踪器和安全性，仍然依赖于 3G 甚至 2G 蜂窝连接。

这些传统技术提供了蜂窝技术的便利性，并且对于中低带宽应用来说足够快。然而，网络寿命是一个关键挑战。工业产品的生命周期比消费设备长得多。一旦部署，工业设备可能预计工作 5 年、10 年或更长时间。但随着网络运营商完成向 LTE 的过渡，2G 和 3G 网络正在全球范围内退役。从长远来看，今天制造的设备不再依赖于传统蜂窝技术的支持。

为了满足这些中低带宽 M2M 应用的需求，以及为新的超低带宽用例开放 LTE，3GPP 对新的 LTE 类别进行了标准化。这些新标准旨在可靠且经济地提供较低数据速率的连接。它们满足了依赖上一代蜂窝技术的设备的需求，还扩展了 LTE 以支持超低带宽应用。

LTE 类别 1

LTE Cat 1 具有下行 10 Mbps/上行 5 Mbps 的性能，可满足中低带宽应用的需求。它提供了可靠的蜂窝连接水平、网络寿命和价格实惠的硬件，因为模块的成本明显低于智能手机中使用的更快的 LTE Cat 4+ 模块。除了成本更低之外，LTE Cat 1 的功耗也明显低于 Cat 4+，这对于电池供电的物联网设备至关重要。

Cat 1 LTE 适用于从监控视频馈送到警报系统、远程信息处理、ATM 等的工业应用。硬件成本足够低，可以部署用于网关连接或每个设备级别。

网络提供商看到了 Cat 1 技术在物联网应用中的潜力，大多数主要的网络运营商已经在世界各地部署了它。

窄带物联网（LTE Cat NB1）

NB-IoT （Cat NB1） 是 LTE 蜂窝标准的一个新的、令人兴奋的补充。它使用明显不同的物理层和链路层协议，但仍利用蜂窝基站基础设施，使用简单、价格合理的无线电模块实现超低功耗连接。

低数据速率协议非常节能，可实现 10 年或更长时间的电池寿命。性能仅下降 27.2 kbps 和上升 62.5 kbps，但对于许多物联网传感和测量设备而言，这些指标绰绰有余。

此外，该技术的窄带特性以及亚千兆赫频带部署允许良好的信号穿透。这使得 NB-IoT 成为智能计量、安全系统和其他应用的完美协议，这些应用通常需要设备位于传统无线电技术难以到达的嵌入式、室内或地下位置。

NB-IoT 目前已被 Vodafone、T-Mobile、中国电信、LGU+、KT、软银等运营商采用。

LTE 猫 M1

虽然 NB-IoT 理论上是许多物联网传感器应用的完美协议，但采用时存在一些障碍。虽然某些运营商已经拥有支持它的基站，但其他运营商需要升级其基站硬件以支持它。但是，还有另一种空中接口具有 NB-IoT 所缺乏的一些功能，并已被另一组网络运营商采用。

输入 LTE Cat M1。该协议存在于 Cat 1 和 NB-IoT 之间的带宽级别。Cat M1 在半双工模式下支持高达 375 kbps 的速率，而不是几十 kbps。和NB-IoT一样，它也有很强的渗透力和很好的覆盖范围。

由于带宽差异，Cat M1 对于中等带宽的物联网应用会更加省电，而 NB-IoT 对于超低带宽的物联网应用会更加省电。两种协议都支持智能省电模式，并且设计得当，可以使设备的电池寿命约为 10 年。

除了带宽之外，Cat M1 还适用于移动应用，因为它能够从移动的车辆在蜂窝塔之间切换而不会断开连接——这是 NB-IoT 无法做到的。此外，Cat M1 可以支持语音功能，非常适合警报或紧急响应系统等应用。

对于许多移动网络运营商来说，Cat M1 基础设施也更易于实施。虽然 NB-IoT 需要对某些运营商进行硬件升级，但 Cat M1 支持通常只需要软件升级。在北美，几家运营商已经在全国范围内部署了 Cat M1 网络。

由于 Cat M1 和 NB-IoT 网络覆盖范围往往因地理位置而异，因此当今设备设计人员的另一个选择是同时支持两者。像 u-blox SARA-R4 这样的多模模块同时支持 Cat M1 和 NB-IoT，从而可以轻松设计一款适用于全球的设备。

不仅适用于智能手机

LTE 是我们都知道和喜爱的快速蜂窝网络技术，它的功能正在发展，远远超出了智能手机。更高的速度变化是联网汽车应用的完美平台，而面向 V2X 的 LTE 的发布只会扩大蜂窝网络技术在汽车用例中的应用。

与此同时，新的低速 LTE 类别扩大了其覆盖范围和功能。1 类、Cat M1 和 NB-IoT 使 LTE 能够以蜂窝连接的可靠性为低功耗和低数据速率应用服务，并在未来很长一段时间内。

审核编辑：郭婷