歐洲研究機構Leti最近針對一種新的低功耗廣域(LPWA)網路技術進行現場測試——這是一種專為物聯網(IoT)應用量身打造的波形。Leti表示,相較於LoRa和窄頻物聯網(NB-IoT)等其他LPWA技術,新開發的波形技術在覆蓋範圍、資料速率的靈活度和功耗方面均展現顯著的性能提升。

儘管這項計劃仍處於研究階段,但Leti智慧物件通訊實驗室(Smart Object Communication Laboratory)負責人Vincent Berg在接受《EE Times》的訪問時指出,在為這項研究實現最佳化和進一步整合的開發藍圖中包括了射頻(RF) ASIC的開發,同時,目前還在研究相關的標準化。

Leti開發的LPWA新技術包括專利的Turbo-FSK波形,這是一種靈活的實體層(PHY)方法。它還採用了通道接合技術,即聚合非連續通訊通道以提高覆蓋範圍和資料速率的能力。經過現場測試後證實,這種LPWA途徑較LoRa和NB-IoT更具優勢。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廣域通訊。

Vincent Berg
Vincent Berg

根據場測結果顯示,該新技術特別適用於遠距離的大規模機器類通訊(mMTC)系統。預計在2020年開始部署5G網路之後,這些能以無線進行通訊的數十億台機器類終端系統將迅速普及,因為針對人類使用者設計的蜂巢式系統已無法充份傳輸定義mMTC系統的極短資料封包。

為了證實新的LPWA波形性能及其靈活度,此次場測的結果主要來自系統的實體層靈活度。透過這種靈活度顯示,當傳輸條件並不特別有利或需要遠距離傳輸時,能夠將資料速率從3Mbit/s調整至4kbit/s。

在有利的傳輸條件下——例如較短的距離和視距(LoS),Leti的系統可以使用廣泛部署的單載波頻分多工(SC-FDM)實體層選擇高的資料速率,有效利用低功耗傳輸方式。在更嚴苛的傳輸條件下,系統則切換到更具彈性的高性能正交頻分多工(OFDM)。而當需要非常遠距離的傳輸和功率效率時,系統則會選擇Turbo-FSK,結合正交調變與卷積碼的平行級聯,並使波形適於加速處理。透過為物聯網應用最佳化的媒體存取控制(MAC),系統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理論(Shannon)極限,這是在特定雜訊通道上無誤差傳輸資料的最大速率,而且適用於低頻譜效率。此外,波形呈現恆定封包——即具有等於0dB的峰值對均值功率比(PAPR),這對於功耗特別有利。因此,Turbo-FSK非常適合未來的LPWA系統,特別是5G蜂巢式系統中。」

20180803_Leti_NT31P1 Leti LPWA測試結果與性能比較(來源:Leti)

在新系統中,MAC層利用不同波形的優勢,並為自適應情境而設計,例如使用場景和應用。它將根據裝置的移動性、高資料速率、能量效率或是網路擁擠情況等應用,結合根據無線電環境調整通訊的決策模組,從而最佳化地選擇最適用的配置。透過動態調整MAC協議,以及控制鏈路品質的決策模組,即可實現應用傳輸要求的最佳化。

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界合作夥伴雙邊合作的結果,但由於保密協議而無法透露是哪一家合作夥伴。不過,「由於這家合作夥伴的策略方向改變,目前這項合作關係已經結束了。」

編譯:Susan Hong

(參考原文:Leti Developing Low-power Network for IoT,by Nitin Dahad)