让5G和4G物联网连接为智能电表应用

为了连接他们的智能电表，公用事业公司正在从他们传统使用的网状技术（如带有分布式接入点的 Wi-SUN®）转向 3GPP 标准化 4G 和 5G 蜂窝技术。这是因为 4G LTE 模块和芯片组的价格已经大幅下降，因为 LTE 网络已经普遍可用并且批量定价已经开始发挥作用。虽然过去 Wi-SUN 技术可能是连接公用事业仪表的最佳选择，但如今蜂窝网络的优势已经颠覆了这种模式。它引入了一个新的经济环境，其中蜂窝已成为连接智能电表的更好选择：成本、规模和效率更高。

成本

在 4G 早期，一个 LTE M2M 模块的成本约为 100 美元，并且只能从一个来源获得。当时，没有任何运营商提供无限数据计划，而且 2G/3G 技术出了名的耗电，需要大而昂贵的电池。使用诸如 Wi-SUN 之类的网状技术是因为该技术比蜂窝技术便宜。在数据计划方面没有任何问题，并且可以针对特定的智能电表用例优化电力使用。

随着 LTE-M（由 3GPP 在第 13 版中定义并专门为物联网的低功率广域 （LPWA） 网络创建）的出现，情况发生了彻底的变化。如今，有十多家公司在开发 LTE-M 芯片组，还有十多家模块制造商使用这些芯片组，主要运营商向物联网公司（包括公用事业提供商和 MNO/MVNO）提供大量数据计划，所有这些都致力于降低整个生态系统的成本。高效的LTE-M技术也解决了功耗问题。

规模

虽然网状技术的扩展能力有限，但 LTE-M 没有这样的限制，并且几乎可以无限制地扩展；这种能力将在未来几年继续压低价格。Mesh 要求公用事业公司部署自己的网络，并承担维护和升级这些网络的所有负担，成本不断增加，从而推动总拥有成本不断上升。如今，领先的运营商 AT&T、T-Mobile 和 Verizon 在美国的 LTE-M 覆盖率接近 99%。公用事业公司不再需要建立和维护自己的网状网络。

效率

作为公用事业公司客户的城市和其他市政当局现在正在研究更全面的智慧城市计划，包括基础设施、公共安全、交通、路灯、停车咪表等。这种演变为公用事业公司创造了一个机会，通过将其服务从智能计量扩展到智能城市服务，从而从客户那里获得更多收入。花时间开发和扩展业务并增加 TAM（总可用市场）而不是花钱开发基础设施、模块和软件，使公用事业公司能够在不断扩大的智慧城市市场中创造新的收入来源并提高效率。

Monarch SiP：智能电表的 Sequans 解决方案

Sequans 与 Skyworks 一起为智能电表市场推出了一款名为 Monarch SiP 的解决方案，这是一种专为公用事业电表而开发的 LTE-M 连接模块。特别是水表和燃气表，由于其典型的恶劣和腐蚀性环境，它们需要特定的封装能力和非常高的可靠性。Monarch SiP 将 Sequans 的 Monarch LTE-M 芯片组与 Skyworks 的通用无线电前端结合在世界上最小的封装中，具有超低功耗、超高可靠性和覆盖范围，从而形成了一种 LTE-M 连接解决方案，是水和燃气智能仪表的理想选择。

能量消耗

Sequans 实现了 1µA 的超低省电模式 （PSM） 功耗，处于行业最低水平，是最接近的竞争对手的三倍。这意味着在仪表唤醒的 eDRX 模式下，例如，每 20 分钟一次，Sequans 设备能够在此 1µA 水平下休眠 19 分 56 秒（假设活动时间为 4 秒）。这使电表公司能够显着缩小电池尺寸，降低电池成本，同时延长电池寿命。由于许多水表和燃气表预计可在现场使用 20 年，因此它们传统上都携带相当大且昂贵的电池。但是，使用 Monarch SiP，我们的许多客户能够将电池尺寸减少一半，在某些情况下甚至更多。

最近进行了 Sequans 模块和竞争对手模块之间的功耗比较（声称最低功耗为 3µA）。在下图中，顶部显示了 Sequans 的 Monarch GM01Q 模块的功耗，底部显示了竞争对手模块的功耗。结果显示 Sequans 器件的平均功耗为 1.27µA，而竞争对手的器件平均为 20.4µA。（注：Monarch GM01Q 模块和 Monarch SiP 模块在性能和软件上是相同的。）

还使用间隔 5 分钟的 eDRX 循环进行了功耗比较。在下图中，结果显示 Monarch GM01Q 设备的功耗是竞争对手设备的一半。即使增加了 eDRX 周期间隔（对于仪表和电池供电的设备来说这种情况并不少见），Monarch GM01Q 的功耗优势被认为更加显着，比竞争对手的设备高出 75%。

可靠性

Monarch SiP 是当今市场上最可靠的解决方案之一。气体中含有硫，水会产生湿气，这两者都会对屏蔽中含有银的标准模块产生不利影响。Monarch SiP 独特地不含银，使其成为适用于气表和水表安装的恶劣环境的理想解决方案。Monarch SiP 实现的较低腐蚀率可实现 20 年或更长时间的长期部署，而且上门服务更少。虽然计量公司确实可以设计和构建自己的保护技术，以确保在其设备附近不会形成硫或湿气袋，但使用 Monarch SiP 消除了这种额外的费用，然后公司可以将其用于研发或增值服务。 此外，可以购买具有更高可靠性封装选项的 Monarch SiP，其中某些引脚放置在战略位置，以消除封装翘曲或将封装球与 PCB 配合的焊料松动的潜在问题。使用此套件可让客户减少与振动相关的问题；与硬环氧树脂材料的替代使用相比具有明显的优势。

覆盖范围

覆盖范围是计量行业的一个重要考虑因素，因为仪表不是移动的，通常位于室内较深的位置，有时位于射频信号可能衰减的小区边缘。Monarch SiP使用23dBm的发射功率，减少了重复、重传的需要，并且可以部分补偿RF信号损失。重复和重新传输要求系统长时间保持清醒状态，从而缩短电池供电的燃气表和水表的使用寿命。在某些情况下，即使在重复和重传的情况下，在小区边缘没有 23dBm 功率的设备也无法传输。Monarch SiP 具有 23dBm 的功率能力，可在深层室内、埋地和小区边缘实施中提供出色的覆盖。

结论

Monarch SiP 非常适合部署在公用事业监控应用中，因为其尺寸仅为 8.8 mm x 10.8 mm x 0.95 mm，与大多数标准 M2M 模块相比，具有低功耗、高可靠性和具有竞争力的价格。这些设备还获得了多家蜂窝运营商的认证，这使得 SiP 几乎可以部署在任何地理位置。

审核编辑：郭婷