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08 Jan 2022

现在无暇低语!为何工业物联网需要 23 dBm 的传输功率。

我们的蜂窝通信芯片组和模块为您提供您的应用所需以及移动网络运营商期望的功率。

我们的蜂窝通信芯片组和模块为您提供您的应用所需以及移动网络运营商期望的功率。

在过去的一两年中,LTE-MNB-IoT 等低功耗广域蜂窝通信技术在物联网的发展中发挥了至关重要的作用。通过在距离最近的手机基站最远达 100 公里的范围内提供可靠服务,使用 LPWA 技术进行通信的互联设备可以扩大其与云保持连接状态的地理区域。通过使用单块电池提供多年的通信,该设备可以降低维护和基础设施方面的要求,从而将原本不切实际的应用转变为有利可图的业务。

这就是为何有些蜂窝通信调制解调器制造商选择将其调制解调器的传输功率从 23 dBm 降低到 20 dBm 的原因。上述数值的差距似乎并不大,但是因为 dBm 是测量功率的对数单位,所以传输功率为 20 dBm 的信号的强度仅为传输功率为 23 dBm 的信号的强度的一半。

此外,还要考虑到如今的节能玻璃窗能够将普通蜂窝通信频率的信号功率降低 2-30 dB,具体取决于所用涂层的类型。因此,将传输功率降低 3 dBm 会让该数值翻倍。这种复合效应会在更具挑战性的环境中带来通信过早中断的风险。

降低了传输功率的蜂窝通信调制解调器的推出实质上破坏了蜂窝通信 LPWA 技术的主要卖点。该设备允许相关公司通过减少产品所包含的物料清单以及降低的电力需求来向客户宣传更低的价位。在许多用例中,尤其是那类需要 LPWA 技术保证更大的覆盖范围和可靠性的用例,由于客户寻求补偿失去的性能,因此节省下来的金钱很快就会失去。

假设您是一位设备设计师,希望降低设备成本。由于价格低廉,您决定使用最大传输功率为 20 dBm 的 LPWA 调制解调器。基本上,您有两个选择。您可能会认为您和客户可以接收降低的性能,或者您可能希望设备仅在“友好”的信号环境中运行。

如果不是这种选择,则您可以在设计中添加一个额外的功率放大器,以提高设备的传输效率。显然,此行为将开始抵消您最初的节省。而且,不止如此。您可能还会发现设备的电池电量消耗快于预期。

无论您选择哪种解决方案,确保在 3 dB 的输出功率损失下实现足够的信号覆盖都会不可避免地增加对天线效率的需求。在车辆跟踪 OBD 单元等需要提供全球通信能力且能够同时覆盖 600 MHz 至 2100 MHz 的整个频率范围的小型终端设备中,上述需求很容易成为关键所在。
    
然后,还存在移动网络运营商 (MNO) 特定的复杂性。首先,目前一些 Tier-1 MNO 不允许 20 dBm 的设备在其网络上运行。如果您的设备专门针对上述 MNO 运营所在的市场之一,那么这可能是一个重大缺陷。其次,MNO 分配现场设备覆盖增强模式以增加传输消息的可能性的方法远非直截了当,而且通常难以预测。上述 MNO 可能需要使用具有较低传输功率的弱设备来重复其发送多次的每条消息,从而增加了延迟,降低了有效吞吐量,拥塞了电波,并且严重地消耗了额外的电力。

最终,正如 GSMA 在其 LTE-M 部署指南中指出的那样,“低功率输出 UE [用户设备] 的推出将了解其所选 UE 的复杂性的负担转移给了消费者,从而导致原本已经很复杂的决策过程变得更加复杂。”

在 u-blox,我们决定恪守自己的使命,即提供一流的产品和服务,保证各类产品和服务超出了客户的期望,并且避免在其运营质量和可靠性方面出现风险。因此,我们的各类 LPWA 模块(包括 SARA-R5 模块系列)都支持 23 dBm 的传输功率。由于没有输出功率限制,并且完全符合 GSMA 定义的标准 LTE 功率等级,我们的模块系列将确保终端设备可以在任何信号条件下运行,即在小区边缘不会出现问题,在弱信号条件下不会出现覆盖问题,并且不会出现不必要的再传输。
 

Samuele Falcomer

u-blox Italy 蜂窝产品管理

Rado Sustersic

u-blox Italy 蜂窝产品管理