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技术与支持
LPWAN市场报告|一文看尽LPWAN技术特点、市场规模、产业链及主要设备厂商
来源: | 作者:pmo4d0f6d | 发布时间: 2018-08-23 | 115 次浏览 | 分享到:

无线通信领域的发展相当迅速,随着物联网产业的快速发展,对于广范围、远距离的连接的智慧城市、智慧工厂中的智能读表系统、停车管理、资产追踪、环境监测等应用场景需要远距离通信技术的支持。


为了满足物联网装置省电、长距离传输数据的需求,低功耗广域网(Low Power Wide Area Network, LPWAN)应运而生。目前备受注目的LPWAN技术为LoRa、Sigfox、NB-IoT。


本文来自芯资讯《LPWAN市场报告(第一版)》,作者王志杰。该报告既包括LPWAN概述、主要应用、LPWA、LoRaWAN、Sigfox、NB-IoT知识要点的介绍,也有对LPWAN市场规模预测、LPWAN产业链、成本、应用中的集成电路以及主要的LPWAN设备厂商的详解。注意,本文干货满满,篇幅较长,强烈建议大家先收藏后学习!


LPWAN概述


低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Network,LPWAN)的是一种无线通信广域网络,用于物联网中“物”间的低速率远距离的通信,例如电池供电的传感器。低功耗广域网功耗低、数据速率低,而无线广域网(wireless WAN)数据流量大、能源消耗大,两者使用目的也不相同。


一般地,LPWAN数据速率范围从0.3kbit/s到50kbit/s。LPWAN可以创建私有无线传感器网络,自己建设网络基础设施,但也可能是由第三方提供服务或基础设施,传感器用户无需投资网关技术就可以部署。


从以下几个方面,了解一下LPWA技术:


  • 近距离和远距离 - 传统的物联网技术,如Wi-Fi、Bluetooth、Zigbee等都属于近距离的无线技术,一般可以组成一个近距离的小无线局域网,连接设备和部署的规模有限。LPWA技术无线传输距离都比较远,一般几公里,甚者几十公里范围,连接设备的数量多,应用部署的规模大。无线远距离的通信使得大规模低成本的设备组网应用成为可能。


  • 中心化和边缘化 - LPWA技术多是通过传感终端远距离通信,并通过网关或基站连接到云端或互联网,提供数据服务。这是一种中心化的计算方式,LPWA传感终端负责数据的采集与传输,数据都上传集中到云端处理。聚少成多,到云端的小数据聚集起来就成了大数据,通过对数据的挖掘和分析,可以提供基于数据的决策。当越来越多的小数据都涌上云端的时候,大量的低数据速率传输数据也会对带宽和云计算提出了一定的要求,是不是所有的数据都需要上传到云端?于是就有了边缘计算,数据在本地进行采集、处理、存储、计算等,然后再与中心或互联网连接。


  • 广域窄带和广域宽带 - LPWA技术数据速率低、传输的数据量小、传输距离远,属于广域窄带。LPWA技术主要是面向物联网的基于小数据的应用需求。有广域窄带就有广域宽带,如3G/4G等蜂窝技术,是基于语音、视频、上网等需求,对传输速率和带宽要求比较高。


  • 融合与独立 - LPWA无线技术可以在前端独立组网,组成一个小无线网络。LPWA并非独立于互联网之外,其仍然需要通过网关或基站利用现有的互联网入口接入云端,互联网的入口如3G、4G、NB-IoT、Wi-Fi、以太网等。LPWA应用中也融合了各种不同的技术,可以满足不同的应用需求。


另外,Wi-Fi、BLE、Zigbee等无线技术多是小范围的部署,网络规模一般不大。而LPWAN规模化的网络部署也使得物联网的运营成为了现实的可能,可以组成一个区域网络、或者城域网络,乃至一个全国性网络。

LPWAN技术特点

LPWAN的主要技术特点概况如下:


  • 低功耗 - LPWAN多为电池供电,电池寿命时间长,可长达10年

  • 远距离 - 覆盖范围广,开放平坦的地方,5-40公里

  • 吞吐量 - 一般地,每秒钟几百个字节,或者更少

  • 低数据速率 - 占用较小的带宽,传输少量的数据,通信频次低。一般几百bps到几十Kbps

  • 传输时延 - 时延不是LPWAN技术的基本要求,一般地,物联网应用对数据的时延不敏感,数据传输的实时性不高

  • 低成本 - 由于规模化部署,需要低成本的连接成本,一般地LPWAN芯片成本小于2美金

  • 网关或基站 - 覆盖范围大,LPWAN网关或基站数量也少,一个网关或基站可以服务成千上万的设备

  • 地域覆盖 - 一般在偏远和农村地区也有良好的覆盖范围。建筑内和地面的信号穿透力强(如抄表)

  • 网络拓扑结构 - 多以星型拓扑为主,也有辅助以MESH网络


用下面几张图说明一下LPWA的特点:


根据无线带宽和距离,不同的无线技术涵盖不同的应用。低带宽需求的远距离应用典型地应用于物联网和M2M场景。



与其他无线技术相比,IoT和M2M应用对LPWAN技术有一些特别的要求,下面是LPWA技术与其他无线技术的比较:



下图按照距离将无线技术分组比较:


图片来自Keysight

LPWAN的主要应用

IHS将LPWAN应用分成了五类:智慧工业(Smart Industry)、智慧公共事业(Smart Utilities)、智慧城市(Smart Cities)、智慧建筑(Smart Buildings)及其他应用(Other applications)。


  • 智慧工业 - 包括资产跟踪、资产过程自动化、 离散自动化、 环境监测、 工业照明、 商业安全、 基础设施监测、 水管理和其他各种应用等等。


  • 智慧公共事业 - 包括水电煤气的智能化管理,这部分最主要是是智能计量。


  • 智慧城市 - 包括与市政资源和服务的管理相关的应用。如街道照明、垃圾管理、停车管理、环境监测、交通监测、应急管理和公共交通管理。


  • 智慧建筑 - 智能建筑涉及建筑自动化,包括暖通空调(采暖、通风、空调)、能源管理、安全、照明和房间自动化等相关的应用。


目前在国内,LPWAN主要应用在水表、气表抄表上。这也符合LPWAN的应用特点,表计接入量大、数据量少、电池供电多年,适合做规模化网络部署。随着工业、城市、建筑等应用需求的发展,也会带来更大范围的LPWAN应用。


LPWAN主要技术


LPWAN大致可以分为蜂窝LPWA技术和非蜂窝LPWA技术。蜂窝LPWA技术主要是以3GPP主导的技术,而非蜂窝LPWA技术多是以公司或联盟组织主导的技术。


非蜂窝网络的LPWA技术主要工作在免授权许可频段,多数技术是基于Sub-1GHz频段,主要的技术有以下几种:


  • LoRaWAN - LoRa联盟制定的LPWAN技术规范,主要面向无线电池供电应用

  • Sigfox - 法国Sigfox公司基于超窄带的LPWA技术

  • RPMA - Random phase multiple access,随机相位多址接入,美国Ingenu公司开发的低功耗广域网技术

  • Weightless - Weightless特别兴趣小组(SIG)制定的LPWAN标准

  • ZETA - 中国纵行科技公司自主开发的LPWA技术

  • IEEE 802.15.4K - 2013 - 由IEEE 802.15.4-2011发展而来的,面向低能耗关键基础设施监测( Low Energy Critical Infrastructure Monitoring,LECIM)应用


基于蜂窝网络的LPWA技术主要工作在授权许可频段,主要有以下三种技术:


  • NB-IoT - 即Cat-NB1,Narrowband IoT,窄带物联网。新增到LTE平台的无线电规范,针对低端市场而优化

  • eMTC - 即Cat M1,Long-Term Evolution Enhanced Machine Type Communications, 长期演进增强机器类通信。基于Release 12规范的改进(UE Cat0, 新的省电模式:PSM),针对机器类型通信的进一步LTE增强功能

  • EC-GSM-IoT - Extended Coverage GSM for Internet of Things, 扩展覆盖范围GSM物联网。EC-GSM-IoT建立在GPRS/EGPRS基础之上,EGPRS的增强功能并与PSM相结合,使得GSM/EDGE可以面向物联网市场

LPWAN网络的基本网络架构

LPWA技术是物联网与互联网的融合发展的结果,通过网关或基站这个连接的纽带或桥梁把物联的网络连接到了互联网,在云端进行数据的处理和终端管理。网关作为数据的桥,简化了网关的复杂度和降低了连接入网的成本,而物联的网络规模化也使得终端的成本降低了。基于云端的数据和设备的管理,促进了物联网新生态的发展。


下图是LPWA基本的网络架构。


LoRaWAN

LoRa是由法国Cycleo公司开发的一种无线数据通信技术专利,2012年被Semtech公司收购。Semtech、Actility和IBM Research公司在瑞士的苏黎世共同制定了一份适用于物联网的规范。自2014年以来,他们就合作设计了LoRaMAC,该规范解决了物联网市场安全、能源效率、漫游和配置入网。2015年2月,LoRa联盟在巴塞罗那移动世界大会上宣布成立。LoRaMAC重新命名为“LoRaWAN”,成为LoRa联盟成员的规范。


网络部署情况


目前LoRa联盟已有500多个成员,在100多个国家提供服务,58加联盟成员运营商在41个国家运营,67家公共网络运营商。其全球网络覆盖情况如下图所示:


技术


LoRaWAN采用了Semtech公司开发的扩频技术,工作在sub-1GHz频段,欧洲 868MHz,北美:915MHz,中国:433Mhz,470-510MHz。LoRaWAN的传输数据速率在 300bps - 50kbps。安全方面采用了128位的AES加密。


许多现有部署的网络采用了网状网络架构。在网状网络中,个别终端节点转发其他节点的信息,以增加网络的通信距离和网络区域规模大小。虽然这增加了范围,但也增加了复杂性,降低了网络容量,并降低了电池寿命,因节点接受和转发来自其他节点的可能与其不相关的信息。当进行远距离连接时,星型架构最有意义的是保证了电池寿命。


LoRaWAN网络架构如下:



从LoRaWAN网络架构来看,主要有以下几部分:终端节点(End Nodes)、集中器/网关(Concentrator/Gateway)、回程(Backhual)、网络服务器(Network Server)、应用服务器(Application Server)。


终端节点(End Nodes)


在上面的LoRaWAN网络架构图中,终端节点是在最左边,异步地广播数据包到网络。遵循Aloha网络规范,保证终端设备可以大部分时间处于空闲模式,功耗少于1uA。 这种方法可确保在小型电池上的应用可以实现10至15年的使用寿命。


因为低功耗,LoRaWAN网络是Aloha介质访问网络规范最适合的技术选择,广域网络主要工作在ISM频段。在免授权频段中,介质质量和可访问性不能被保证,这意味着任何类型的时隙多址技术都将会面临信道可用性问题。需要设备同步的时分多址可能会在终端设备上造成很大的成本,并且与LPWA中的一些用例不兼容。


集中器/网关(Concentrator/Gateway)


通过终端节点广播的数据包将会被网络中的一个或多个网关获取。网关有一个多信道和多数据速率的射频嵌入式设备,可以扫描和检测任何活动信道上的数据包并进行解调。

网关是核心网络的简单通道,它们通常没有内置的智能处理。 这有两个主要优点:

  • 网关是由非常简单的、便宜的硬件组成

  • 不需要从单元到单元漫游。终端节点广播其数据包,而不需要考虑哪个网关会接收它们,并且多个网关可以接收数据包而对其能量消耗没有任何影响。 不需要切换过程或同步。


回程(Backhual)


网关通常有一个以太网的回程,然而,目前一些部署使用了2G、3G、4G、Wi-Fi、NB-IoT、以太网等作为回程。


网络服务器(Network Server)


核心网络是LoRaWAN系统的重要组成部分。 它承载所有需要的智能来管理网络并将数据分发到其他服务器。 一些功能包括:


消息合并 - 来自多个网关相同数据包的多个副本被转发到网络服务器。网络服务器记录这些数据包,分析数据包的接收质量,并通知网络控制器。

路由:对于下行链路,网络服务器决定到终端节点的最佳路由。通常,这个决定基于先前传送数据包的链路质量指示,从接受信号强度指示(Received Signal Strength Indication,RSSI)和信噪比(Signal to Noise Ratio,SNR)计算出来。

网络控制 - 链路质量还有助于为某个终端节点决定最密切相关的通信速度或扩频因子。这就是我们所说的ADR,或由网络控制器处理的自适应数据速率策略。

网络和网关监控 - 网关通常通过加密的IP链路连接到网络服务器。网络通常包含网关管理和监控接口,允许网络提供商管理网关,处理故障情况,监控告警和其他一些功能。

此外,核心网络还与其他服务器进行通信,以组织漫游,连接到客户的应用服务器等等。


应用服务器(Application Server)

LoRaWAN协议支持不同类型的网络。一些网络提供商也是应用提供商。因此,在LoRaWAN网络架构图图中最右侧的应用服务器可以与网络服务器分别托管或与网络服务器集成在一起托管。

LoRaWAN应用

LoRa正在全球范围内应用部署,有着众多的物联网垂直应用。下面整理了一些LoRa的应用:


Sigfox

Sigfox是一家法国公司,成立于2009年,创建了连接低功耗设备的无线网络,主要用于低功耗物联网,如:电表等,这类应用需要连续地发送少量的数据。Sigfox希望建立第一个仅供用于物联网的全球蜂窝连接的公司,其基础设施完全独立于现有的网络(如电信移动网络)。


由于物联网连接使用低数据速率,Sigfox网络利用了超窄带,UNB技术。传输功耗水平非常低,而仍然能维持一个稳定的数据连接。Sigfox无线链路使用免授权的ISM射频频段。频率根据国家法规有所不同,但在欧洲广泛使用868MHz,在美国是915MHz。Sigfox网络中单元的密度(基于平均距离),在农村地区大约30-50km,在城市中常有更多的障碍物和噪声距离可能减少到3-10km之间。整个Sigfox网络拓扑是一个可扩展的、高容量的网络,具有非常低的能源消耗,同时保持简单和易于部署的基于星型单元的基础设施。


网络部署情况



SIGFOX网络全球部署情况


据报道,2018年1月,“中法合作 成都国际智慧养老服务示范社区”Sigfox项目签署。项目总投资约3亿欧元,由Sigfox物联网公司和KRG智慧养老公司提供物联网技术标准和智慧养老技术解决方案,中国联通提供技术运营支持。KRG智慧养老公司针对独居的老人及行动不便者开发了智能居家新一代远程养老监护系统,提供基于Sigfox物联网技术的新一代远程协助解决方案,能够观测到可能将上述人员置于危险境地的跌到、不适和等反常行为。


这是Sigfox在中国的第一个项目。


技术


Sigfox正在推出首个全球性的物联网网络,可以监听数十亿的对象广播数据,而无需建立和维护网络连接。在无线连接的世界中,这种独特的方法是没有信令开销的,紧凑和优化的协议,而物不依赖于网络。Sigfox提供了一种基于软件的通信解决方案,所有的工作和计算的复杂性都是在云端进行的,而不是在设备上。所有这一切,大大降低了能源消耗和连接设备的成本。


  • 超窄带无线电调制 - 使用超窄频带调制,Sigfox可在公共频段的200kHz频段上进行无线电信息交换。每条消息的宽度为100Hz,根据区域的不同,每秒钟传输100或600位的数据。因此,在对抗噪音的同时,可以实现很长的距离通讯。

  • 轻量级协议 - Sigfox定制了一个轻量级的协议来处理小的数据消息。较少的数据发送意味着更少的能源消耗,因此电池寿命更长。

  • 小的有效载荷 - 上行消息具有高达12字节的有效载荷,并且平均需要2s到达基站。对于12字节的数据有效载荷,Sigfox帧总共将使用26个字节。下行消息中的有效负载容量为8个字节。

  • 星型网络架构 - 与蜂窝协议不同,设备依赖于某特定的基站。广播消息由范围内的任何基站接收,平均为3。

  • 设计选择和好处 - Sigfox设计了技术和网络,以满足海量物联网应用的需求;设备电池寿命长,设备成本低,连接费用低,网络容量高,距离远。


Sigfox网络架构如下:



由上图可以看出,Sigfox网络架构可以分为三部分。中间部分Sigfox Gateway和Sigfox Cloud部分由Sigfox公司提供,也就是Sigfox网络和Sigfox网络服务器或设备管理服务器由Sigfox提供。左边终端部分Sigfox则是开放的,与多个RF芯片公司合作无线前端的连接,为用户提供多RF芯片供应商的选择,但终端必须符合Sigfox网络认证。右边的部分则是业务的应用,包括应用服务器和Web客户端或App等。


应用


以行业部分来看,Sigfox应用主要集中在工业、共用事业、农业、公共部门等领域。按用例来看,Sigfox应用主要集中在智能计量、智能跟踪、温度检测上。



Weightless

Weightless是一种开放、低功耗和远距离的无线通信标准,为物联网提供连接解决方案。每个公司都可以建立自己的Weightless网络或与提供访问Weightless网络的运营商签约使用网络。Weightless的技术优势包括其超低能耗、管理设备双向通信和空中(OTA)更新的能力以及同步网络功能等,从而为物联网解决方案提供无与伦比的可扩展性。


Weightless 是Weightless特别兴趣小组(Special Interest Group,SIG)简写,也是技术的名字。负责针对机器通讯的无线互联技术进行开发。这个组织也提供专门的测试和认证的计划以验证是否满足标准要求和保证互操作性,同时也为其成员提供技术许可。Weightless为物联网而设计,尤其是低功耗广域网(LPWAN)。Weightless既可以工作在免许可频段和也可以工作在许可频段,目前工作在免许可的sub-GHz频段(如138MHz、433MHz、470MHz、780MHz、868MHz、915MHz、923MHz)。Weightless特别兴趣小组(SIG)是一个非盈利的全球标准组织,负责协调Weightless标准的相关工作。


Weightless SIG主要工作包括:


  • 制定明确的开放标准的物联网连接的LPWAN技术

  • 管理持续演进、创新和更新标准

  • 管理知识产权政策

  • 管理法律纠纷

  • 沟通和宣传技术

  • 管理测试、认证和技术许可


Weightless发展的主要历程:


2015年6月 - 基于Weightless-N标准的智慧城市网络在英国首都的核心区域进行部署。由Nwave技术公司运营的网络是与Digital Catapult共同部署

2015年7月 - Weightless SIG宣布和云创科技(M2COMM)合作,研发高效能低功耗广域网路(LPWAN)技术标准Weightless-P

2016年6月 - Weightless和ETSI合作开发LPWAN IoT标准

2016年9月 - Weightless SIG今天宣布推出Weightless-P硬件和软件开发套件。

2017年9月 - Ubiik正式推出轻量级硬件产品,包括基站、终端设备模块和完整软件,可以立即进行测试、评估和开发。Weightless-P技术重新命名为“Weightless”。

2018年2月 - Weightless SIG将Applus+作为其Weightless连接技术无线设备的官方测试和认证实验室。Applus+还将为Weightless技术采用者提供开发支持服务。


技术特点


Weightless-P的定义特征如下:


  • 100%双向,可靠的完全应答通信

  • 针对大量低复杂度的终端设备进行了优化,这些终端设备采用异步上行链路主导的通信方式,短的有效载荷大小(通常<48字节)。

  • 针对超低功耗进行了优化

  • 标准数据速率从0.625kbps到100kbps

  • 典型的终端设备发射功率为14dBm(最高可达30dBm)

  • 典型基站发射功率为27dBm(最高可达30dBm)。


Weightless-P网络由以下部分组成:


  • 终端设备(End Devices,ED):网络中的“叶”节点,低复杂度,低成本,通常低占空比

  • 基站(Base Stations,BS):每个小区的中心节点,所有ED通过星形拓扑进行通信

  • 基站网络(Base Station Network,BSN):互联单个网络的所有基站,以管理整个网络的无线电资源分配和调度,并处理认证,漫游和调度


Weightless-P网络架构如下:


 


为了实现高网络容量(在给定时间段内能够通信的终端设备的数量),Weightless-P结合了同步的TDMA和FDMA,提供在独立终端设备之间共享的大量上行链路逻辑信道。设计参数一方面在平衡能量效率和网络容量(其既要求高数据速率又要求发射功率),另一方面要实现可达到的通信范围(在给定最大发射功率的情况下要求低数据速率限制)。


网络部署


据报道,Weightless-P在美国圣地亚哥地区部署了542个基站,每年的总体成本约为270万美元。


主要应用

  • 桥梁状态监测

  • 智能计量

  • 车辆跟踪

  • 资产追踪

  • 智能汽车 - 车辆诊断和升级

  • 健康监测

  • 流量传感器

  • 智能家电

  • 农村宽带

  • 智能电子支付基础设施

  • 工业机器监控


LPWAN市场规模

市场研究公司对LPWAN市场规模的预测

Machina Research


2016年8月,Machina Research发布了《物联网全球预测与分析2015-25》报告,其中提到了:物联网连接总数将从2015年的60亿增长到2025年的270亿,复合年增长率(CAGR)为16%;现在71%的物联网连接使用短距离无线通信技术(例如WiFi,Zigbee或PLC)连接,到2025年将会微增至72%,主要的短距离应用是消费电子、建筑安全和楼宇自动化;2025年11%的连接将会使用低功耗广域(LPWA)连接,如Sigfox,LoRa和LTE-NB1。


IHS Markit


2017年12月,IHS Markit发布了《低功耗广域中期市场更新报告 - 2017》,预测到2021年,全球公共低功率广域(LPWA)连接预计将达到10亿以上  。由于在物联网设备中需要低功耗无线网络技术,从2014年到2021年的复合年增长率(CAGR)将达206%。

报告还提到中国NB-IoT市场:2017年将有400,000个基站,到2020年将有150万个基站;NB-IoT终端设备方面,到2017年底将有2000万个连接,到2020年底将有6亿个连接;

IHS Markit IoT高级首席分析师Sam Lucero表示:“中国的蜂窝物联网市场已经蓬勃发展,三大主要中国运营商将蜂窝物联网连接从2014年的5350万增至2016年的1.620亿。“

IHS Markit预测,到2021年,LoRaWAN“公共”连接 - 即由LoRaWAN网络运营商提供的服务 - 将增至近3亿。


Business Insider


2016年8月,BI Intelligence预计到2020年全球将安装超过240亿个物联网设备,其中大部分是LPWAN类产品,到2021年通过LPWAN连接的物联网设备总数将达到7亿。


ON World


2016年10月,ON World发布了《LPWAN Markets》报告,其中提到:到2025年,LPWAN服务收入将达到750亿美元。非消费市场包括工业自动化、物流、智慧城市、农业、智慧建筑和其他企业物联网服务等将占LPWAN服务的四分之三。


MarketsandMarkets


2016年7月,MarketsandMarkets发布了一份LPWAN报告,MarketsandMarkets预测全球低功耗广域网(LPWAN)市场将从2016年的1.01亿美元增长到2021年的244.6亿美元,复合年增长率(CAGR)为89.3%,2015年作为基准年,预测期为2016-2021年。


Strategy Analytics


市场研究公司Strategy Analytics预计到2022年将会有50亿LPWA链接。Strategy Analytics估计网络运营商可能从LPWA链接产生超过130亿美元以及大量附加的增值服务收入,如数据分析和安全。


Analysys Mason


Analysys Mason预测LPWA技术将在2018年全球产生9.7亿美元的链接收入,到2022年上升到75亿美元。连接LPWA网络的设备将从2015年的1,850万台成长到2025年的35亿台

中国LPWAN市场规模预测

近两年,LPWA市场在中国发展迅速,LPWA技术的发展给中国物联网市场带来了很大的发展机遇,一大波企业都希望在这一波物联网发展热潮中先人一步占得一席之地。但就目前而言,LPWAN市场还处于发展起步阶段。市场研究机构以及国内的企业都看好LPWAN市场的发展。


在中国,最火热的莫过于LoRaWAN和NB-IoT两种LPWA技术。除此之外,Sigfox和Weightless-P也都在积极布局中国的市场,但尚未形成影响。下面主要是对LoRaWAN传感终端和NB-IoT传感终端的市场规模做一个简单的统计预估。


注:传感终端是指采用了LoRaWAN和NB-IoT技术的传感器或终端产品。LoRaWAN是指通过网关组网,而非基于LoRa技术的透传或小无线应用。


LoRaWAN传感终端


相关数据信息来自网络,仅供参考。


LoRa技术具有低功耗远距离、网络部署灵活等特点,受到了众多企业的青睐。目前LoRaWAN应用以企业私有化部署居多,由国内LoRaWAN网关公司提供相应的解决方案支持,并与传统产品(如水表等)结合,推出LoRaWAN传感终端。一些网关解决方案公司还简化了LoRaWAN网关的设计,不需要经过网络服务器(Network Server)进行复杂的配置就可以从LoRaWAN网关读取数据,简化了LoRaWAN的应用部署,满足了不同层次的应用需求。


一些有实力的企业构建了运营商级别的LoRaWAN网络,如,中兴通讯主导的中国LoRa应用联盟(China Lora Application Alliance,简称CLAA),推动了LoRaWAN市场的规模化应用和运营。


2018年3月,阿里云、中国联通、Semtech共同发布了“国内首个LoRa城域物联网试商用”,试商用网络已覆盖了杭州、宁波两城,应用包括了消防、表计、停车等场景。运营商、阿里云的加入为LoRaWAN市场在中国的发展注入了新的活力。LoRaWAN和NB-IoT从技术特点来看各有优势,在应用上形成了互补,运营商可以为用户提供更多的网络连接服务选项,而阿里云的参与简化了LoRaWAN的应用开发,加速了项目的应用落地。


另外,还有一些企业凭借海外的资源和中国制造的资源优势,将LoRaWAN产品出口到了海外市场。


NB-IoT传感终端


相关数据信息来自网络,仅供参考。


2017年06月19日工信部发布了《工业和信息化部办公厅关于全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展的通知》(工信厅通信函[2017]351号),其中提到:


  • (四)加快推进网络部署,构建NB-IoT网络基础设施。基础电信企业要加大NB-IoT网络部署力度,提供良好的网络覆盖和服务质量,全面增强NB-IoT接入支撑能力。到2017年末,实现NB-IoT网络覆盖直辖市、省会城市等主要城市,基站规模达到40万个。到2020年,NB-IoT网络实现全国普遍覆盖,面向室内、交通路网、地下管网等应用场景实现深度覆盖,基站规模达到150万个。加强物联网平台能力建设,支持海量终端接入,提升大数据运营能力。

  • (五)开展NB-IoT应用试点示范工程,促进技术产业成熟。鼓励各地因地制宜,结合城市管理和产业发展需求,拓展基于NB-IoT技术的新应用、新模式和新业态,开展NB-IoT试点示范,并逐步扩大应用行业和领域范围。通过试点示范,进一步明确NB-IoT技术的适用场景,加强不同供应商产品的互操作性,促进NB-IoT技术和产业健康发展。2017年实现基于NB-IoT的M2M(机器与机器)连接超过2000万,2020年总连接数超过6亿。


NB-IoT网络在政府和运营商的大力推动下取得了很大的进展,各地都相继部署了NB-IoT网络。NB-IoT产业链也在相关方的推动下不断发展成熟。产品的完善、NB-IoT网络的优化以及行业应用的发展将会是未来NB-IoT重要方向。在地方政府大力推动和智慧城市应用的不断地普及应用过程中,NB-IoT传感终端市场将会呈现高速的增长。


LPWAN的成本


LPWA技术有三低:低功耗、低成本、低数据速率。成本是影响产品或项目应用的一个重要因素,下面主要看下LPWA技术模块的成本和LPWA技术的部署成本。

LPWAN模块的成本

 从上面的数据来看,LPWAN模块的整体平均价格约是$5~8美金。随着LPWAN网络规模化应用,相关LPWAN模块的价格也会随之降低。


LoRaWAN是Semtech公司独家供应的RF射频芯片,随着其在市场份额的不断地增大以及新产品的发布,LoRaWAN模块的成本预期会降低。


在政府和运营商大力的支持下,NB-IoT的模组已经做到了比较低的价格,据报道NB-IoT模块做到了35元。Arm公司也推出了NB-IoT的IP,以其在处理器市场的影响力,也会有一定的市场份额。NB-IoT模块的竞争会加速价格的降低。


Sigfox与多家公司合作RF射频芯片,其模块产品更趋多元化,有利于控制和降低成本。据报道Sigfox将与合作伙伴推出2-3美金的模块。


ZETA也采用了多家的RF芯片公司,作为中国的LPWA技术公司之一,采用了灵活的设计方案,模块制造成本相对具有优势。


Weightless作为一个开放的标准,网络推进在中国市场似乎有点慢。


RPMA是上面的LPWA技术唯一采用2.4GHz频段的技术,从一些公开的资料显示,可能采用了MAX2832射频芯片,该射频芯片市场价格还是比较贵的。如果按此方案来看,RPMA模块应该是目前所列模块中成本最高的。 

LPWAN模块的发展变化

在LPWAN项目的应用中,一种LPWA技术往往不能解决所有的问题,需要结合其他的技术一起部署。在LPWAN模块端结合其他的一些技术,则将会大大拓展LPWAN的应用。而从上面的LPWAN模块的成本可以看出,模块成本都不算低,尤其是对一些成本敏感的应用,若与传统的无线技术结合(如FSK等),则可大大降低LPWAN网络的接入成本。


LPWAN模块的发展变化主要有以下两点:

  • 多协议融合 - 与Wi-Fi、BLE、Zigbee等无线技术结合,连通现有网络,拓展LPWAN应用

  • 多功能融合 - 与GPS/北斗结合可以定位,实现物的跟踪

LPWAN部署成本

LPWAN项目应用不再只是一个模块的就可以搞定的事情,而是连通了云-管-端,每一部分都有成本。如果均摊到LPWAN模块上,成本将是非常高的。这样就需要一方面可以通过集中的规模化部署来降低均摊的成本,另一方面可以通过产品硬件向产品服务转换,提升服务的价值。


影响LPWAN部署成本的主要有以下几种因素:


  • 开发成本

  • 制造成本

  • 运营成本

  • 连接成本


详见下图:


LPWAN应用中的集成电路


在LPWAN的应用中主要是以LPWAN模块使用为主,功能相对单一,主要是通信连接功能,也有的厂商为拓展LPWAN模块的应用附加了一些功能。一个LPWAN模块的主要由射频、电源、MCU、安全、(e)SIM卡(NB-IoT)和一些附加功能等组成。


下图是一个简单的LPWAN模块功能示意图:


目前,NB-IoT趋向于单片的SoC解决方案。LoRaWAN、Sigfox、ZETA、RPMA和Weightless等基本是采用分立器件设计模块,为使体积最小化,也出现了一些较为先进的封装的SiP产品。


  • 微控制器/处理器(MCU/CPU):LPWAN多数场景是电池供电,一般地,使用到超低功耗单片机(ULP MCU)。

  • 射频:除Ingenu公司的RPMA使用2.4GHz频段,其他的LPWA技术大部分使用了sub-1Ghz频段。基于蜂窝部署的NB-IoT部分部署在了1800MHz和2100MHz频段上。

  • 安全:目前,多数应用侧重于数据和通信的加密。简单地,一般就是用软件进行加密,或是通过硬件加密芯片进行加密。

  • (e)SIM:eSIM,即Embedded-SIM,嵌入式SIM卡,是将传统SIM卡直接嵌入到芯片上。一般会出现在NB-IoT的模块中。

  • 附加功能:为满足更多的应用需求,LPWA模块也融入了更多的一些功能,如GPS/BDS/BLE。另外,LPWA模块的同质化也需要功能的差异化。

  • 扩展接口:为方便与各种各样的设备连接,LPWA模块需要一些灵活的接口,如UART、GPIO、SPI、I2C、ADC、USB等


下面针对LPWA模块中的集成电路厂商及产品做个简单地整理。

射频芯片

1、LoRaWAN


Semtech


LoRa® 无线射频收发器主要产品:


SX1262(新品) - 低功率长距离LoRa®收发器+ 22dBm全球频率覆盖

SX1261(新品) - 低功率长距离LoRa®射频收发器+ 15dBm全球频率覆盖

SX1268(新品) - 低功率长距离LoRa®收发器+ 22dBm,中国频段

SX1272 - 长距离低功耗RF收发器 860-1000MHz 采用LoRa®技术

SX1273 - 远距离低功耗RF收发器860-1000MHz 采用LoRa®技术

SX1276 - 137MHz至1020MHz低功率长距离收发器

SX1277 - 137MHz至1020MHz低功率长距离收发器

SX1278 - 137MHz至525MHz低功耗长距离收发器

SX1279 - 137MHz至960MHz低功率长距离收发器


主要特性(SX1276/77/78/79):


最大链路预算可达168dB

+20dBm–100mW 电压变化时恒定的射频功率输出

+14dBm 的高效率功率放大器

可编程比特率高达300kbps

高灵敏度:低至-148dBm

高可靠性的前端:IIP3=-11dBm

9.9mA 低接收电流,200nA 寄存器保持电流

调制方式FSK、GFSK、MSK、GMSK、LoRa及OOK

接受模式:10.8~12.0mA

发射模式:120mA(RFOP=+20dBm,on PA_BOOST)


主要特性(SX1261/2/8):


LoRa和FSK调制解调器

最大链路预算170dB(SX1262/68)

+22 dBm或+15 dBm高效率PA

RX电流4.6mA

集成DC-DC转换器和LDO

可编程速率,LoRa62.5 kbps 和FSK 300 kbps

高灵敏度:低至-148 dBm

FSK、GFSK、MSK、GMSK和LoRa调制

内置的位同步器用于时钟恢复

带有超快速AFC的自动通道活动检测(CAD)


2、Sigfox


STMicroelectronics


S2-LP是意法半导体公司(ST)一颗高性能超低功耗的RF收发器,用于sub-1GH频段的RF无线应用。它既可以工作在免授权的ISM和SRD频段(433,868和920MHz),也可以通过编程工作在其他频段(430-479MHz,451-527MHz,826-958MHz,904-1055MHz)。S2-LP支持不同的调制方式:2(G)FSK、4(G)FSK、OOK和ASK。空中数据速率是可编程的,从0.1至500kbps。S2-LP可用于信道间隔低至1kHz的系统,从而可以实现窄带操作。S2-LP远距离通信显示高于140 dB的RF链路预算,并且满足适用于全球范围(包括欧洲,日本,中国和美国)的监管要求。


主要特性:


频段:

413-439 MHz(S2-LPQTR)

452-527 MHz(S2-LPCBQTR)

826-958 MHz(S2-LPQTR)

904-1055 MHz(S2-LPCBQTR)


调制方式:2(G)FSK, 4(G)FSK,OOK, ASK

空中速率从 0.1 to 500 kbps


超低功耗

7 mA RX

10 mA TX @ +10 dBm


接受灵敏度:低至 -130 dBm

可编程RF功率输出达+16 dBm

可编程RX数字滤波器

可编程通道间隔

快速启动和频率合成器建立时间

自动频率偏移补偿,自动增益控制和符号定时恢复

超过145 dB的RF链路预算

电池指示器和低电量检测器

RX和TX 128字节的FIFO缓冲区

4线SPI接口

自动包确认和重传

嵌入式超时协议引擎

接收机选择性(> 80 dB @ 2 MHz)

集成了巴伦/滤波器芯片

天线分集算法

完全集成的超低功耗RC振荡器

唤醒由内部定时器或外部事件驱动

数字实时RSSI

灵活的数据包长度和动态负载长度

可编程前导码和SYNC字质量滤波和检测

基于listen-before-talk系统的嵌入式CSMA/CA引擎

IEEE 802.15.4g硬件包支持,FEC,CRC和双SYNC字检测

支持无线M-BUS

可工作在SIGFOX™网络中


适合构建的系统:

欧洲: ETSI EN 300 220, category 1.5 natively compliant, ETSI EN 303 131

美国:FCC part 15 and part 90

日本:ARIB STD T67, T108

中国:SRRC


工作温度范围:-40°C至+105°C


Microchip


ATA8520E 是Microchip公司的一款射频收发器芯片,适合用于欧盟(ETSI)868MHz和US(FCC)902MHz SIGFOX网络上行和下行工作的射频芯片。它可以提供给SIGFOX专有网络空中接口的物联网(IoT)和其他M2M的通信设备使用。工业和消费应用包括环境传感器、智能电表、病人监护仪、家庭自动化和建筑安全系统。


ATA8520E集成了一个RF前端,用于SIGFOX基站的上下行连接,一个数字基带和一个微控制器。内置固件支持芯片操作,包括SIGFOX协议的处理。 SIGFOX ID、PAC代码和加密密钥安全保存在芯片内。串行外设接口提供外部控制和配置。


主要特性:

完全集成的单芯片RF收发器(符合SIGFOX™)

片上系统解决方案包括用于调制解调器操作的SIGFOX相关协议处理

AVR微控制器内核与嵌入式固件,SIGFOX,协议栈和ID/PAC

支持上行和下行操作,如在欧盟和美国的SIGFOX基站进行数据的发送和接收


设备必须在第一次使用前配置操作频率:

EU:上行868.0MHz至868.6MHz,下行869.4MHz至869.65MHz

US:上行和下行902MHz至906MHz


低电流消耗:

发射32.7mA(EU)/16.7mA(US)

接收10.4mA(EU)/ 10.5mA(US)


典型的OFF模式电流:5nA(VS = +3.6V和T=+85°C时最大600nA)


数据速率:

EU:上行链路采用DBPSK调制,100bit/s,下行链路采用GFSK调制,600bit/s

US:上行链路采用DBPSK调制,600bit/s,下行链路采用GFSK调制,600bit/s


SPI接口用于数据访问、收发器配置和控制事件信号,指示IC到外部微控制器的状态

上电,典型10ms(EU),30ms(美国)从OFF模式到空闲模式

电源电压范围为1.9V至3.6V和2.4V至5.5V(SIGFOX供电范围为3V±5%和3.3V至5.5V)

温度范围-40°C至+ 85°C


M2COMM


Uplynx以M2C8001为基础,M2C8001是M2COMM的无线SoC系列之一,专为超低功耗无线物联网应用而设计。Uplynx单片集成了Sigfox协议栈和最佳的sub-GHz射频性能。M2C8001的内置10位ADC,模拟比较器和GPIO可通过UART接口的AT命令进行访问。Uplynx是适用于通过Sigfox网络启用无线数据上行链路的物联网应用的最具成本效益,最小且易于设计的SoC解决方案。


主要特性:


Sigfox认证参考设计:

RCZ1(868MHz,17dBm)

RCZ2/4(915MHz,22dBm)


通信单元

868(863〜870)MHz,870-875.6MHz,915(902-928)MHz ISM频带支持

严格控制PA配置文件以支持Sigfox信号


传感器/外设单元通过AT命令访问

AES-128

片上单片温度传感器,电池感应,电压报警

可编程发射功率:14〜22dBm(1dB步进)


功耗:

在14dBm时为58mA Tx

在22dBm时为130mA Tx

3mA待机电流

<0.1uA OFF电流(参考设计)


易于设计

作为评估/开发平台的Arduino兼容底板

完整的数据表,TRM,应用笔记,AT命令手册

通过UART的简单控制接口(9600bps)

引导加载程序支持9600bps / 115200bps的固件更新


电源电压:1.8V〜3.6V(-20C〜85C)

无编译器EasyAT指挥官是快速简单应用程序开发的理想选择

完整的功能集软件开发套件与AndeSight RDS v2.1.2


NXP


OL2385是带有嵌入式MCU的射频收发器,专为需要极高链路预算来实现双向射频通信的广泛的工业和家庭应用而设计。双路射频信道,为涵盖160至960MHz全系列频段的网络应用提供最常用的调制方案。包括一个嵌入式MCU,支持子系统的各种功能。单个CMOS芯片上包含器件的各种功能。强大的无线性能,高灵敏度、良好的相位噪声性能和同类最佳的镜像抑制交钥匙系统解决方案,带有Kinetis和LPC SPI/UART驱动程序,提供当今市场上最广泛的带集成外设的ARM MCU系列产品通过W-MBUS和IEEE802.15.4标准合规性测试并获得相应认证。


主要特性:


面向( 160 - 960 MHz )频段的单个IC

超低功耗的RX,低于11 mA

高达+14 dBm输出功率@ 29 mA

灵敏度:-126 dBm @ 4 kHz

出色的相位噪声

支持的软件标准:WMBus2013、KNX、802.15.4、T108、Sub-GHz ZigBee

400 kbps 4(G)FSK,200 kbps 2(G)FSK,ASK,OOK

VQFN48封装(7 x 7 mm²)

工作温度范围:-40 °C至+85 °C


Silicon Laboratories


Silicon Laboratories的Si446x系列产品是高性能、低电流无线收发器,覆盖从142到1050MHz的亚GHz频段。Si446x具有针对窄带和无线MBus授权频段应用(如FCC Part90和169MHz无线Mbus)的最佳相位噪声、阻塞和选择性性能。具有12.5kHz信道间隔的69dB相邻信道选择性可确保在恶劣的条件下实现稳健的接收操作,这对窄带操作特别重要。Si4463具有高达+20dBm的卓越输出功率和卓越的TX效率。高输出功率和灵敏度产生了业界领先的146dB链路预算,可实现更大范围和高度稳健的通信链路。Si4460在+10dBm时18mA的有源模式TX电流消耗和10mA的RX电流,再加上极低的待机电流和快速唤醒时间,可确保在要求最苛刻的应用中延长电池寿命。Si4463可以实现高达+27dBm的输出功率,并具有对低成本外部FET的内置斜坡控制。这些设备可以满足全球的监管标准:FCC,ETSI,无线MBus和ARIB。所有设备均符合802.15.4g和WMbus智能计量标准。


主要特性:


频率频段:119-1050 MHz

接收灵敏度:-129 dBm

调制方式:(G)FSK,(G)MSK,2(G)FSK,4(G)FSK,OOK


最大输出功率

+20 dBm (Si4463)

+16 dBm (Si4461)

+13 dBm (Si4460)


PA支持+27 dBm或+30 dBm


低功耗

10/13 mA RX

18mA TX + 10dBm(Si4460)

30 nA关机,40 nA待机


数据速率:0.1 kbps至1 Mbps


ON Semiconductor


AX5043是单芯片、窄带、超低功耗ASK和FSK RF收发器,频率范围从27MHz至1050MHz。它提供了超低功耗的传输和接收操作与最高灵敏度和高选择性的独特组合。如果使用内置的前向纠错(FEC),则可以在1kbps的情况下实现143dB的链路预算,这可以扩展到146dB,无需额外的外部组件。AX5043在6.25kHz通道中的功耗完全可达1kbps。


主要特性:


频段:27 − 1050 MHz

调制:FSK/MSK/4−FSK/GFSK/GMSK/ASK/AFSK/FM/PSK

数据速率:0.1 kbps to 125 kbps

灵敏度(FEC):−137 dBm @ 0.1 kbps, 868 MHz, FSK

输出功率:16 dBm @ 868 MHz 16 dBm @ 433 MHz 16 dBm @ 169 MHz


低功耗:

RX(868/433 MHz):9.5 mA ;6.5 mA @ 169 Hz

TX(868 Mhz): 7.5 mA @ 0 dBm ,16 mA @ 10 dBm,48 mA @ 16 dBm


AX-SFAZ/AX-SFAZ-1-API、AX-SFJK/AX-SFJK-1-API和AX-SFEU/AX-SFEU-1-API**是Sigfox认证的SoC解决方案,可提供上行链路和下行链路,分别用作’调制解调器’功能或作为真正的SoC,用户可用Flash高达40KB。AX-SIGFOX的无线射频部分使用了AX5043。它可以用作控制小型传感器节点的单芯片解决方案,还可以添加用户软件。由于AX-SIGFOX的灵活性,可以添加其他sub-1G堆栈,使AX-SIGFOX成为满足各种应用需求的理想解决方案。


主要特性:


AX-SFEU: 射频收发器SoC, Sigfox™ Verified RCZ1

AX-SFJK: 射频收发器SoC, Sigfox™ Verified RCZ3&7

950 nA的睡眠电流

能够在同一硬件上运行其他1G以下的协议,例如无线M-Bus

输出功率为14 dBm时的TX电流45 mA

10毫安RX电流

上行链路和下行链路

“Sigfox Ready” Class 0认证


Texas Instruments


CC1120器件是一款完全集成的单芯片无线收发器,专为高性能,低功耗和低电压操作而设计,适用于经济高效的无线系统。所有滤波器都集成在一起,因此无需外部昂贵的SAW和IF滤波器。该器件主要用于ISM(工业、科学和医疗)应用以及164至192 MHz,274至320 MHz,410至480 MHz和820至960 MHz的短距离设备(SRD)频段。CC1120设备为数据包处理、数据缓冲、突发传输、空闲频道检测、链路质量指示和无线唤醒提供了硬件支持。 CC1120器件的主要工作参数可通过SPI接口进行控制。在典型的系统中,CC1120器件与微控制器一起使用,只需少量外部无源器件。


CC1125是一款全集成单芯片射频收发器,此器件设计用于在成本有效无线系统中实现极低功耗和低压运行的高性能。 所有滤波器都已集成,因此无需昂贵的外部表面声波(SAW)和中频(IF)滤波器。 该器件主要用于ISM(工业、科学和医疗)以及处于164-192MHz,274-320MHz,410-480MHz和820-960MHz的SRD(短程设备) 频带。CC1125器件提供广泛硬件支持,以实现数据包处理、数据缓冲、突发传输、空闲信道评估、链路质量指示和无线电唤醒。CC1125器件的主要运行参数可由SPI接口控制。 


在典型系统中,CC1125器件将与微控制器和极少的外部无源组件配合使用


主要特性:


高性能、单芯片收发器

300bps 时为 -129dBm

1.2kbps 时为 -123dBm

50kbps 时为 -110dBm

邻信道选择性:6.25kHz偏移时为67dB

阻断性能:10MHz时为104dB

出色的接收器灵敏度:

极低相位噪声:10kHz 偏移时为-115dBc/Hz


适合于面向 ETSI Category 1 的系统

独立的 128 字节 RX 和 TX 先进先出 (FIFO)

支持与 CC1190 器件无缝集成以实现范围扩展,从而使灵敏度提升 3dB 并且实现高达+27dBm 的输出功率

高频谱效率(12.5kHz 信道中为 9.6kbps,符合FCC 窄带要求)


电源

RX:在 RX 嗅探模式中为 2mA

RX:在低功率模式中,峰值电流为 17mA

RX:在高性能模式中,峰值电流为 26mA

TX: +14dBm 时为 47mA

宽电源电压范围(2.0V 至 3.6V)

低流耗:

断电:0.12μA(增强型无线电唤醒 (eWOR) 定时器运行时为 0.5μA)


169、315、433、868、915、920、950MHz ISM/SRD 频带系统

信道间隔低至4kHz 的窄带超低功率无线系统

步长为0.4dB 时可编程输出功率高达+16dBm

自动输出功率递增

可配置数据速率:0 至200kbps

所支持的调制格式:2 - 频移键控(FSK),2 - 高斯频移监控(GFSK),4-FSK,4-GFSK,最小频移键控 (MSK),开关键控 (OOK)

波形监视:针对经改进同步检测性能的高级数字信号处理


CC1310属于德州仪器(TI) CC26xx和CC13xx系列器件中的 经济高效型超低功耗2.4GHz和低于1GHz的RF器件。它具有极低的有源RF和微控制器(MCU)电流消耗,除了灵活的低功耗模式外,可确保卓越的电池使用寿命,适用于由小型纽扣电池供电的远距离操作以及能源采集型 应用。CC1310是经济高效型、超低功耗无线MCU中低于1GHz系列的首款器件。CC1310器件在支持多个物理层和RF标准的平台中将灵活的超低功耗RF收发器和强大的48MHzCortex®-M3微控制器相结合。专用无线控制器(Cortex®-M0)处理ROM或RAM中存储的低层RF协议命令,从而确保超低功耗和灵活度。CC1310器件不会以牺牲RF性能为代价来实现低功耗;CC1310器件具有出色的灵敏度和稳定性(可选择性和阻断)性能。CC1310器件是一款高度集成、真正的单片解决方案,其整合了一套完整的RF系统及一个片上DC-DC转换器。传感器可由专用的超低功耗自主MCU以超低功耗方式进行处理,该MCU可配置为处理模拟和数字传感器。


主要特性:


微控制器

强大的ARM®Cortex®-M3处理器

时钟速率最高可达48MHz

32KB、64KB和128KB系统内可编程闪存

8KB缓存静态随机存取存储器(SRAM)(或用作通用RAM)

支持无线(OTA)升级


超低功耗传感器控制器

可独立于系统其余部分自主运行

16位架构

2KB超低泄漏代码和数据SRAM


外设

AES-128安全模块

真随机数发生器(TRNG)

支持八个电容感测按钮

集成温度传感器


外部系统

片上内部DC-DC转换器

无缝集成SimpleLink™CC1190范围扩展器


低功耗

宽电源电压范围:1.8至3.8V

RX:5.4mA

TX(+10dBm时):13.4mA


射频(RF)部分

出色的接收器灵敏度:远距离模式下为-124dBm;50kbps时为-110dBm(低

1GHz)

出色的可选择性(±100kHz):56dB

出色的阻断性能(±10MHz):90dB

可编程输出功率:时最高可达+9dBm–单端或差分RF接口


3、RPMA


Maxim


Ingenu的nanoNode RPMA无线模块 (NODE103)采用了MAX2832ETM射频芯片。MAX2831/MAX2832直接变频、零IF RF收发器是Maxim公司专为2.4GHz至2.5GHz 802.11g/b WLAN应用设计的。MAX2832集成了除了PA以外的其它相同功能的模块。两个器件均包括具有快速建立时间的Σ-Δ RF合成器,具有小于20Hz的频率步长和数字可调谐的晶体振荡器,允许使用低成本的晶体。器件还集成了片上直流失调补偿以及I/Q误码和载波泄漏检测电路。仅需一个RF带通滤波器(BPF)、晶体、RF开关、以及少量的无源器件即可用于构建完整的802.11g/b WLAN RF前端方案。

MAX2831/MAX2832在片上集成了单个滤波器,可同时用于接收器和发送器,完全无需外部SAW滤波器。基带滤波器经过了优化,可以满足IEEE 802.11g标准,专有的turbo模式可支持高达40MHz的通道带宽。该系列器件适用于全部802.11g OFDM数据速率(6Mbps至54Mbps),以及802.11b的QPSK和CCK数据速率(1Mbps至11Mbps)。


主要特性:


工作于2.4GHz至2.5GHz ISM波段

IEEE 802.11g/b兼容(54Mbps OFDM与11Mbps CCK)


完整的RF收发器、以及晶体振荡器

同类收发器的性能最佳

62mA接收器电流

2.6dB Rx噪声系数

-76dBm Rx灵敏度(54Mbps OFDM)

无需I/Q校准

0.1dB/0.35° I/Q Rx增益/相位失衡

33dB RF和62dB基带增益控制范围

每个RF增益设置60dB范围模拟RSSI

快速Rx I/Q DC失调建立时间

可编程基带低通滤波器

20位Σ-Δ N分频PLL,具有小于20Hz步进

数字可调谐晶振

+18.5dBm发送功率(5.6% EVM,带54Mbps OFDM)

31dB Tx增益控制范围

串行或并行增益控制接口

小于40dB Tx边带抑制,无需校准

Tx/Rx I/Q误码检测


收发器工作于+2.7V至+3.6V

低功耗关断模式


4、Weightless


关于Weightless采用的无线收发器,没有更多公开的消息。据了解,Weightless可能是采用了安森美半导体(ON Semiconductor)公司的产品。


5、ZETA


ZETA采用了多家厂商的无线射频芯片,主要有TI和Sillicon Labs等的产品。


6、NB-IoT芯片


Intel


英特尔® XMM 7115 调制解调器

协议:NB-IOT


英特尔® XMM™ 7315

协议:LTE

支持LTE Category M和NB-IoT两种标准,在单一芯片集成了LTE调制解调器和IA应用处理器


Altair


ALT1250

支持Cat-M1和NB1 IoT

集成了LTE基带处理器、RFIC、PMU、存储器、功率放大器、滤波器和天线开关,以及面向客户开发的应用的GNSS和基于蜂窝的定位引擎和MCU子系统。

结合了Altair的OneSKU RF技术,可以通过单一硬件设计实现多个LTE频段组合。

CAT-M1 300 Kbps DL,375 Kbps UL

CAT-NB1 100 Kbps DL

集成语音处理

集成片内:LTE CAT-M1 / NB1调制解调器,GNSS,无线电收发器,功率放大器和天线开关,支持TCXO和XO输入的PLL,带稳压器和RTC的PMU,用于客户开发应用的CPU子系统

GPS和GLONASS


OneSKU

单一硬件设计支持多个频段

HD-FDD:1,2,3,4,5,8,9,10,12,13,14,17,18,19,20,25,26,27,28,66

HD-TDD:33,34,35,36,37,39

支持的频率范围699 - 960 MHz和1700 - 2200 MHz,450 MHz可选

低功耗RF CMOS架构


接口:UART,SPI,FS USB2.0,USIM或eUICC,I2S / PCM音频,GPIO,I2C,辅助ADC和PWM


Sequans


Monarch N

单芯片LTE Advanced Pro,Cat NB1/NB2平台

符合3GPP 14/15 LTE-Advanced Pro标准


支持窄带LTE类别NB1 / NB2,单音和多音

NB1:27 kbps DL / 63 kbps UL

NB2:120 Kbps DL / 170 kbps UL


扩展的DRX和PSM功能可延长睡眠时间用例

专有的动态电源管理(DPM)技术,具有10 - 15年的电池寿命

覆盖范围增强方法

用于单SKU™设计(617 MHz至2.2 GHz)的全球频段支持的可编程RF滤波

软件与Monarch兼容

集成基带,RF,SE,应用MCU,RAM和电源管理

半双工FDD(HD-FDD)

正常(+23 dBm)和降低发射功率等级选项20dBm和14 dBm

低功耗串行接口

可选的GNSS


Monarch SX


单芯片LTE-M(Cat M1)和NB-IoT(Cat NB1)片上系统(SoC)

集成LTE-M / NB-IoT基带和RF收发器,ARM Cortex-M4处理器,媒体处理单元,传感器集线器,GPU和显示控制器,RAM和电源管理

3GPP Release 13 LTE Advanced Pro

Narrowband LTE UE categories M1 and NB1

可编程RF滤波,用于单SKU硬件设计中的全球多频段支持

吞吐量:HD-FDD中高达300 kbps DL / 375 kbps UL的LTE UE类别M1(1.4 MHz带宽),支持全双工FDD(FD-FDD)和FD-FDD

LTE UE类别NB1(200kHz带宽)中的1Mbps 到HD-FDD中的40kbps DL/55kbps UL

Monarch LTE

单芯片LTE Cat M1 / NB1解决方案

3GPP Release 13 LTE Advanced Pro

集成基带,RF,RAM存储器和电源管理

扩展的DRX和PSM功能可延长睡眠时间用例

可编程射频滤波可在单SKU设计中支持全球频段

专有的动态电源管理(DPM)技术,可运行10年以上

针对半双工FDD(HD-FDD)操作进行了优化,还支持全双工FDD(FD-FDD)


吞吐量:

LTE UE类别NB1(200 kHz带宽)高达40 kbps DL / 55 HD-FDD中的kbps UL

LTE UE类别M1(1.4 MHz带宽)高达300 kbps HD / FDD的DL / 375 kbps UL和FD-FDD的1Mbps


单天线系统架构

覆盖范围增强方法

降低发射功率等级选项

低功耗串行接口


Qualcomm


MDM9206

LTE Category: LTE Cat-M1和LTE Cat-NB1


峰值下载速度:

300 kbps

20 kbps


峰值上传速度

375 kbps

60 kbps


支持的蜂窝技术

LTE HD-FDD

LTE TDD

E-GPRS


下一代呼叫服务:VoLTE


卫星系统支持

GPS

GLONASS

北斗

伽利略


Bands:15-band RF

CPU时钟速度:达1.3 GHz

CPU 内核:ARM Cortex A7,晓龙处理器

Extended Discontinuous Receive (eDRX)

Security Features

Qualcomm® Trusted Execution Environment

Crypto Engine

Secure Boot


Nordic


nRF91

LTE-M和NB-IoT调制解调器

LTE-M和NB-IoT支持从700MHz到2.2GHz的频段

700MHz - 2.2GHz

高达23 dBm的输出功率

-108 dBm LTE-M接收灵敏度

单引脚50Ω天线接口

eDRX,PSM

SMS,IPv4 / IPv6

TCP / UDP,TLS / DTLS


应用处理器

ARM Cortex M33

TrustZone用于可信执行

加密单元协处理器

低功耗外设

硬件自动电源和时钟管理

32个GPIO,灵活的映射


GCT


GDM7243i

与RF收发器,基带和RAM存储器高度集成。

高性能Cortex-R4

符合3GPP Release 13 LTE Advanced Pro标准

混合连接模式,支持:Cat. M1、NB1、GSM、BLE、GPS、Sigfox、CAN总线接口

支持射频频段600-960MHz,1.7-2.7GHz。

针对半双工FDD,FD-FDD,TDD进行了优化。

eSIM / Soft SIM支持。

带专用微控制器的片上传感器集线器


集成的安全功能支持:

安全启动,密钥和配置

对称/非对称加密HW和TRNG


针对低数据,低功耗M2M设备进行了优化


Riot Micro


RM1000

3GPP Release 13


ARM®Cortex-M0处理器,专用于通信协议栈

集成指令和数据存储器

LTE-M/NB-IoT L1/L2/L3协议栈

支持IPv4,IPv6,TCP,UDP,SSL

AT命令堆栈


LTE-M/NB-IoT

带电源控制的SIM卡接口

QSPI Flash接口

3个UART接口


华为


Boudica 120

支持3GPP Release 13标准协议

带内部署/保护带部署/独立部署

eDRX/PSM/20dB覆盖增强/FOTA

698~960mhZ: Band5/8/12/13/17/18/19/20/26/28

协议支持:IP/UDP/CoAP

SoC: BB+ RF +PMU + AP + Memory

3个ARM 内核:AP + CP + SP

USIM接口

休眠电流: 4uA

工作电流:40mA


Boudica 150

3GPP R13&R14

Bands: 5/8/20/28/3/1

DL 80Kbps / UL106Kbps

Positioning (OTDOA)

Multicast (SC-PTM)

Data over user-plan

Single Tone / Multi-tone

AP Open for 3rd party

SOC: BB +RF +PMU + AP/SP/CP + eFlash + SRAM

3 ARM Cores: AP+CP+SP


中兴微电子


Wisefone7100(朱雀7100)

支持R14全部频段

睡眠电流2uA

截止电压仅2V,可延长电池寿命近10%

集成了中天微系统的CK802芯片,DSP IP来自CEVA


联发科


MT2625

支持3GPP NB-IoT (R13 NB1, R14 NB2)

支持PSM和eDRC模式


MCU

ARM Cortex-M4 with FPU

频率:104MHz

嵌入式存储器:4MB 伪静态随机存储器(PSRAM)

Flash:4MB NOR


IO: I2C, I2S, PCM, SDIO, UART

电源管理单元(PMU)

集成NB-IoT调制解调数字信号处理器、射频天线及前端模拟基带

实时操作系统(RTOS)

支持全频段:450MHz-2.1GHz


锐迪科


RDA8909

支持3GPP-R14标准

支持NB-IoT和GSM/GPRS两种模式

支持band 1/2/3/4/5/8/12/13/17 /18/19/20/25/26/28/31/66/70/71和470-520Mhz的专网频段

集成了射频收发器、电源管理器、调制解调器、模拟基带、Flash存储器、pSRAM存储器

具备内置ESIM的版本

PSM功耗小于5uA,待机功耗小于1mA

集成了802.11b RX和BT4.2/BLE功能

RDA8910

支持eMTC、NB-IoT和GPRS


小米


小米NB-IoT

松果处理器(Pinecone)

Wi-Fi+蓝牙

安全加密


上海移芯通信科技有限公司


EC616

工艺:40nm

频率 699MHz-2.2GHz

支持badn 1,2,3,5,8,12,13,17,18,19,20,26,28,66

漏电(PSM)<1.5uA

连接态平均电流(1.28s DRX态) <1-10mA

Idel平均电流(1.28s DRX态) <100uA


创新维度


SDR NB-IoT

软件定义无线电(Software Defined Radio, SDR)技术

支持在线升级


深圳市汇顶科技股份有限公司


通过并购半导体蜂窝IP提供商—德国CommSolid,整合超低功耗移动无线基带技术与射频芯片设计及相关技术,加速在NB-IoT领域的战略布局。