低功耗网络如何专为物联网打造

Leti针对IoT应用开发采用专利Turbo-FSK波形的LPWA技术，据称较LoRa和NB-IoT更具优势…

欧洲研究机构LeTI最近针对一种新的低功耗广域（LPWA）网络技术进行现场测试——这是一种专为物联网（IoT）应用量身打造的波形。LeTI表示，相较于LoRa和窄频物联网（NB-IoT）等其他LPWA技术，新开发的波形技术在覆盖范围、数据速率的灵活度和功耗方面均展现显著的性能提升。

尽管这项计划仍处于研究阶段，但LeTI智能对象通讯实验室（Smart Object CommunicaTIon Laboratory）负责人Vincent Berg在接受《EE Times》的访问时指出，在为这项研究实现优化和进一步整合的开发蓝图中包括了射频（RF） ASIC的开发，同时，目前还在研究相关的标准化。

Leti开发的LPWA新技术包括专利的Turbo-FSK波形，这是一种灵活的物理层（PHY）方法。它还采用了通道接合技术，即聚合非连续信道以提高覆盖范围和数据速率的能力。经过现场测试后证实，这种LPWA途径较LoRa和NB-IoT更具优势。LoRa和NB-IoT是两种主要的LPWA技术，能以低成本和长电池寿命实现广域通讯。

Vincent Berg

根据场测结果显示，该新技术特别适用于远距离的大规模机器类通讯（mMTC）系统。预计在2020年开始部署5G网络之后，这些能以无线进行通讯的数十亿台机器类终端系统将迅速普及，因为针对人类用户设计的蜂巢式系统已无法充份传输定义mMTC系统的极短数据封包。

为了证实新的LPWA波形性能及其灵活度，此次场测的结果主要来自系统的物理层灵活度。透过这种灵活度显示，当传输条件并不特别有利或需要远距离传输时，能够将数据速率从3Mbit/s调整至4kbit/s。

在有利的传输条件下——例如较短的距离和视距（LoS），Leti的系统可以使用广泛部署的单载波频分多任务（SC-FDM）物理层选择高的数据速率，有效利用低功耗传输方式。在更严苛的传输条件下，系统则切换到更具弹性的高性能正交频分多任务（OFDM）。而当需要非常远距离的传输和功率效率时，系统则会选择Turbo-FSK，结合正交调变与卷积码的平行级联，并使波形适于加速处理。透过为物联网应用优化的媒体访问控制（MAC），系统将会自动选择最佳途径。

Berg说：“Leti Turbo-FSK接收器的性能接近香农理论（Shannon）极限，这是在特定噪声信道上无误差传输数据的最大速率，而且适用于低频谱效率。此外，波形呈现恒定封包——即具有等于0dB的峰值对均值功率比（PAPR），这对于功耗特别有利。因此，Turbo-FSK非常适合未来的LPWA系统，特别是5G蜂巢式系统中。”

Leti LPWA测试结果与性能比较（来源：Leti）

在新系统中，MAC层利用不同波形的优势，并为自适应情境而设计，例如使用场景和应用。它将根据装置的移动性、高数据速率、能量效率或是网络拥挤情况等应用，结合根据无线电环境调整通讯的决策模块，从而优化地选择最适用的配置。透过动态调整MAC协议，以及控制链路质量的决策模块，即可实现应用传输要求的优化。

Berg说，截至目前为止，这项研究一部份是自筹资金，一部份资金则来自与业界合作伙伴双边合作的结果，但由于保密协议而无法透露是哪一家合作伙伴。不过，「由于这家合作伙伴的策略方向改变，目前这项合作关系已经结束了。」