物联网的无线通信技术比较

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物联网的无线通信技术比较
http://www.vccoo.com/v/c5fe72

物联网的无线通信技术很多，主要分为两类：一类是Zigbee、WiFi、蓝牙、Z-wave等短距离通信技术；另一类是LPWAN（low-power Wide-Area Network，低功耗广域网），即广域网通信技术。LPWAN又可分为两类：一类是工作于未授权频谱的LoRa、SigFox等技术；另一类是工作于授权频谱下，3GPP支持的2/3/4G蜂窝通信技术，比如EC-GSM、LTE Cat-m、NB-IoT等。

万物互联是大趋势，是发展的必然，各种物联网技术也纷至沓来。
面对各种兴起的物联网技术，3GPP主要有三种标准支持物联网：LTE-M、EC-GSM和NB-IoT，分别基于LTE演进、GSM演进和Clean Slate技术。
●LTE-M
LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是基于LTE演进的物联网技术，在R12中叫Low-Cost MTC，在R13中被称为LTE enhanced MTC (eMTC)，旨在基于现有的LTE载波满足物联网设备需求。
知道LTE UE categories的朋友并不会陌生。为了适应物联网应用场景，3GPP在R11中定义了最低速率的UE设备为UE Cat-1，其上行速率为5Mbps，下行速率为10Mbps。为了进一步适应于物联网传感器的低功耗和低速率需求，到了R12，3GPP又定义了更低成本、更低功耗的Cat-0，其上下行速率为1Mbps。
●EC-GSM
EC-GSM，即扩展覆盖GSM技术（Extended Coverage-GSM）。
各种LPWAN技术的兴起，传统GPRS应用于物联网的劣势凸显。2014年3月，3GPP GERAN #62会议“Cellular System Support for Ultra Low Complexity and Low Throughput Internet of Things”研究项目提出，将窄带（200 kHz）物联网技术迁移到GSM上，寻求比传统GPRS高20dB的更广的覆盖范围，并提出了5大目标：提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和时延。2015年，TSG GERAN #67会议报告表示，EC-GSM已满足5大目标。
GERAN（GSM EDGE Radio Access Network）是GSM/EDGE 无线通信网络（Radio Access Network）的缩写。GERAN由3GPP主导，主要制定GSM标准。由于早期的蜂窝物联网技术是基于GSM的，所以一些物联网立项都是GERAN进行的。
随着技术的发展，蜂窝物联网通信需要进行重新定义，我们形象的叫做“clean-slate”方案，类似于“打扫干净屋子再请客”的说法，这就出现了NB-IoT。由于NB-IoT技术并不基于GSM，是一种clean-slate方案，所以，蜂窝物联网的工作内容转移至RAN组。GERAN将继续研究EC-GSM，直到R13 NB-IoT标准冻结。
●NB-IoT
2015年8月，3GPP RAN开始立项研究窄带无线接入全新的空口技术，称为Clean Slate CIoT，这一Clean Slate方案覆盖了NB-CIoT。
NB-CIoT是由华为、高通和Neul联合提出，NB-LTE是由爱立信、诺基亚等厂家提出。
NB-CIoT提出了全新的空口技术，相对来说在现有LTE网络上改动较大，但NB-CIoT是提出的6大Clean Slate技术中，唯一一个满足在TSG GERAN #67会议中提出的5大目标（提升室内覆盖性能、支持大规模设备连接、减小设备复杂性、减小功耗和时延）的蜂窝物联网技术，特别是NB-CIoT的通信模块成本低于GSM模块和NB-LTE模块。
NB-LTE更倾向于与现有LTE兼容，其主要优势在于容易部署。
最终，在2015年9月的RAN #69会议上经过激烈争论后协商统一，NB-IoT可认为是NB-CIoT和NB-LTE的融合。
这里引用一段3GPP RAN会议报告关于蜂窝物联网技术的描述：
    物联网（Internet of Thing, IoT）是未来重要技术，3GPP在R12/R13虽然也有MTC（Machine Type Communication）相关技术，但其基本做法是在既有LTE技术与架构上进行优化，并非针对物联网特性进行全新的设计。 相对于MTC技术优化的做法，蜂窝物联网(Cellular Internet of Thing, CIoT)技术项目建议针对物联网特性全新设计，不一定要相容于既有的LTE技术框架。
为了简单了解物联网标准推进过程，我们举例摘要一下华为的2个提案：
●RP-150709 : “Views on specification for a Cellular IoT system in RAN” , Huawei
Huawei认为，如上图所示，既有的移动通信技术如LTE较适用于如智慧城市等需要高速率的应用；一些低速的技术如WiFi等可应用于智慧家庭等；针对其它需要极低速、极低成本、 低功率的应用，如智能读表(Metering)、传感器追踪(Sensor Tracking) 等，这是CIoT技术特别适用的场景，终端数量上也是最多的。
目前推动CIoT有两大方向: 一个是基于GSM系统持续改进的技术，另一个就是建议全新的（Clean Slate）CIoT 技术设计。
Huawei建议RAN1~RAN4 工作小组都应将CIoT 全新技术纳入工作项目，并尽快将其列为R13工作项目。
●RP-151359 : “NB-CIoT – Deployment Scenarios” , Huawei
这是华为提出的NB-CIoT的三个应用场景：
上图中，左图是CIoT利用GSM载波的来部署，将原本提供GSM服务的部分载波移至给CIoT使用；
中间图的部署方式是CIoT与既有网络系统独立部署，各自使用独立的频谱，彼此不会互相干扰，是最简单的部署方式，但CIoT需要一段自己的频谱；
右图是将CIoT与既有的 LTE系统共存，利用LTE频谱边缘信号强度较弱的部分部署CIoT，优点是CIoT不需要一段自己的频谱，缺点是可能发生与LTE系统干扰问题，但是，若CIoT与LTE最旁边的子载波距离200KHz以上的话，CIoT与LTE的共存干扰可被有效控制。
关于NB-CIoT和NB-LTE的区别，上几张图，有兴趣的可以看看...
物联网无线通信技术很多，竞争也很激烈，除了NB-CIoT和NB-LTE之争，还有NB-IoT和LTE-M之争，当然还有3GPP下的蜂窝物联网技术与其它LPWAN技术之争…
有人说，NB-IoT标准的出现，将压迫Sigfox和LoRa等技术，因为支持NB-IoT的运营商要比使用Sigfox和LoRa技术的运营商拥有更大的客户群规模。
Sigfox和LoRa等技术的粉丝们表示不以为然，他们认为，NB-IoT还未商用部署，未来好几年时间内技术成本仍会居高不下。这确实是个问题。
不过，据说通信模块可以降到5美元以下的。而且，不仅是智能家居，物联网的应用场景相当广泛，比如，智能泊车、自行车联网防盗、车联网、智慧城市、智慧建筑、环境监控…

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LoRa，LTE-M，Sigfox三者的比较

作者：Nick Hunn 来源：唯传科技 2016-06-02 10:09:46 http://news.rfidworld.com.cn/2016_06/05494470835e04f9.html

摘要：物联网行业的技术之争正在上演，争论的焦点在Sigfox、LoRa和LTE-M。因为很多地方GPRS网络还不能覆盖，所以人们更多地关注Sigfox、LoRa、LTE-M。在网上搜索LPWAN，关于三者谁家的技术最强的争议随处可见。

关键词：LoRa  LPWAN[6篇]  SigFox  

　　物联网行业的技术之争正在上演，争论的焦点在Sigfox、LoRa和LTE-M。因为很多地方GPRS网络还不能覆盖，所以人们更多地关注Sigfox、LoRa、LE-M。在网上搜索LPWAN，关于三者谁家的技术最强的争议随处可见。
　　我认为这种比较并不合理，最终哪种技术脱颖而出不是取决于技术本身，而是取决于商业模式。这三种技术代表了三种商业模式：
　　* Sigfox-成为全球物联网运营商
　　* LoRa-提供一种技术，让其他公司的业务在全球范围内组成物联网
　　* LTE-M-改进现有的技术，为网络运营商谋取更多的利益
　　这三者都承诺可以在2020年实现500亿设备的互联互通。获胜的一方会给支持者带来巨额的利润，而失败的一方则会给支持者带来损失。
　　物联网IOT的说法起源于1999年。起初，物联网用来特指RFID相关的技术，后来演变成指所有可以发送数据道远端的传感器，以及可以远程控设备。它还有一个更古老的名字M2M。IOT可以说是M2M的发展，也可以说是换了一个更新奇的名字试图振兴没落的M2M市场。2009年Ericsson预测到2020年将有500亿的设备互联互通，当时人们没有在意。但是到第二年，Ericsson的年度报告“为了500亿的设备互联互通”明确提出了这一设想，改变了工业的思维模式。网络运营商尤其兴奋，他们仿佛看到了希望，在智能手机之后还有巨额的利润等着他们。每个运营商都强调物联网给他们带来的商机。大部分人认为500亿，有些保守估计200亿，有些甚至认为可以高达1500亿。
　　在Ericsson的报告中指出要实现500亿的必备条件：将技术和服务融合，提供廉价，快速，低风险的服务;不断加大网络建设和升级的投入。
　　不过以上在现实中并没有发生，M2M的发展还是局限在GPRS和3G.3GPP标准聚焦在大数据和大容量，以满足移动宽带和视频的需求。尽管人们坚信500亿的设备连接是一定可以达到的，但是并没有实际数据支撑。在今年的移动报告中，Ericsson把2020年的目标500亿降低为2800万，而将2010年蜂窝设备连接的数量的目标400亿降低为12亿。
　　物联网的消费模式和手机不一样。消费者愿意为手机支付更多的费用，也会经常更换手机。同时他们希望在价格不变的情况下得到更多的数据。网络就变成了数据的来源。而物联网的消费者只需要很少量的数据。之前设想的连接500亿的设备是基于间隔几分钟收发几百字节的数据。同时每个数据的价值非常高，因此商业模式必须保证投入和持续的运营成本可以收到回报。
　　上图显示了M2M应用转向IOT世界和数以亿计的传感器的尴尬局面。红色线表示部署的成本，部署成本包含了硬件成本，网络成本，安装成本。想要实现规模化，必须降低部署成本。蓝色的线表示的是数据价值。在左侧的M2M区域数据价值很高，因为要支持投入的回报。奇怪的是当部署成本下降时数据价值也在下降。当传感器成本下降，而且更加通用时，我们可以通过构建长期数据或者从多种传感器整合数据来创造价值。因为部署传感器和获得数据需要时间，所以每个传感器所产生的价值有提升也需要很多年。换句话说，部署成本必须足够低，才会部署很多传感器，才会提供海量的数据，然后我们才可以看到经济效益。
　　那么让我们来实际算算部署成本。首先蜂窝或者LPWAN模块的硬件成本约$10。价格原因决定了M2M部署只能局限在暴利行业。成本最低的是GPRS模块，但是随着2G网络的消失，很多公司转向3G,4G网络，硬件的成本会越来越高。
　　有一个断言，只有当硬件成本降低到$1(美金)时，IOT才可能普及。大部分LPWAN方案可以做到，因为它们承载的数据量比较少。运营商需要计算分配多少IP,尤其是LoRa，因为升特控制着整个收音频段。LTE-M也存在这个问题，因为它是LTE的子集，所以承载了很多额外的协议和硅片，以实现和其他LTE用户的共存。除非电信标准丢弃大部分数据，重新开始，要不然风蜂窝产品还会存在成本问题。NB-IOT的发布还有很长一段时间。
　　除了模块成本，部署成本还有一部分来自分配成本，主要是指连接网络的成本，维护的成本和付费。
　　目前每一个M2M设备都有一个SIM卡，采购SIM卡，安装SIM卡，确保连接网络的成本高达$25(美金)。IOT的产品不需要安装，直接开机，连接网络，然后就开始工作。LTE-M需要Esim，目前只有几个网络支持。蜂窝网络和LPWAN网络需要自动登记设备，因此生产商需要为他们预售的产品购买服务。
　　这就意味着新一代的预付机制。蜂窝产业的支付创新之路并不顺利，LPWAN提供商也要开始考虑这个模式了。因为LPWAN没有现成的体制束缚，所以发展起来更快，但是还是需要一定的时间。只有当每个设备的成本降低到几个美金，数百亿的设备才有可能接入进来。
　　最优争议的部分是数据传输的成本-数据从设备端传到云端。
　　低速率，蜂窝数据在很多国家的成本已经大幅下降，有些乐意低至$0.3/月，当然有些运营商试图高达$100/年。如果想要接入百亿级的设备，数据传输的成本必须免费。理由如下：
　　1.一旦有百亿级的设备接入，大部分数据的价值为零。在街道上安装一打传感器可以帮助提高应用的价值，但是每个传感器的数据的价值很小很小。如果要为此支付费用，就不划算。
　　2. 当数据收益低于每年几个美金，你的付出(监控，收费的成本)会高于收益。这时候最好不去收费。
　　3. 消费者不习惯购买多个类似设备。
　　总之，对于小数据量的传输，分配成本包含了数据。网络只需要将数据用最少的成本传到云端。最好将这部分功能做在芯片里。
　　设备连接网络后，可以通过向运营商请求数据升级来获得额外的数据或者服务。运营商可以后续向用户收取费用。用户包含生产者，服务提供者，或者终端消费者。
　　简单来说，有一个芯片，可以植入到任何需要连接的设备里，开机后就持续地传输数据。芯片提供商和运营商已经提前收取费用，没有后续费用产生。只有这样，连接的成本就会下降到几个美金，数以亿计的设备才会接入进来。
　　这些与目前的M2M模式很不一样，与运营商对IOT的理解也很不一样。运营商和基础设施提供商一方面炫耀500亿的设备，一方面追逐每台设备$50-100的利润目标。他们声称IOT服务效益可以带来全球GDP的10%的增长。我不否认Ericsson新的预测-到2020年蜂窝M2M的设备连接数量只有10亿。就算所有的成本都预付而且控制在几个美金以内，覆盖整个硬件生命周期的所有数据。大量的传感器的连接也不会出现。而只会促进M2M数量的增加。这种模式看起来像一个硬件模式(一次性预付费用)。效益来源于设备的数量，而不是数据的量。
　　尽管目前 Sigfox和LoRa的宣传比较多，但是其他家的技术也不容小觑，如Ingenu (之前叫 On-Ramp), SilverSpring的 Starfish，Cyan 的Cynet、Accellus、Telensa、nwave、Waviot。LoRa和LTE-M现在也可以支持数以百万的设备，但是没有像Sigfox一样大肆鼓吹。
　　LTE-M的基础设施是现成的，大部分LTE基站可以升级为支持LTE-M。因此对于运营商是没有障碍的。关键问题是制造低成本设备的芯片何时可以分配好。高通在蜂窝基带芯片方面处于统治地位，拥有多项专利，不断推动创新使得提高进入门槛，保持行业的领先地位。目前它对超低成本的简单蜂窝芯片没有什么兴趣。因此没有什么所谓的竞争对手。其他两家公司还处于起步阶段：Altair and Sequans。高通刚发布了一个技术，但是支持的信道和卖给成千上万家公司的方式与之前很不一样：之前他们只与少数大厂商合作。LTE-M有很多IP,大部分被高通占据，对于新进入的公司这些就是阻碍。即使芯片开发出来，芯片生产商将芯片移植到各个生产厂家也是一个挑战。
　　LTE-M会被NB-IOT取代，因为后者更便宜，一些网路会关闭LTE-M支持，当然这需要很多年，需要新的支付系统和分配系统。
　　Sigfox。模块可以从多个供应商处获得，因此批量生产后硬件成本下降不是问题。但是Sigfox的期望值很高，他们希望成为全球IOT运营商。他们与运营商合作，获得数据，然后将数据转给设备所属的公司。好的一面是世界各地的服务都是一样，坏的一面是存在极大风险。
　　成为全球运营商是一个不切实际的想法，很多蜂窝运营商都没有做到。虽然Sigfox的技术比手机的技术简单很多，但是商业模式大同小异。他们已经筹集15000万美金，投资者希望他们成为法国的独角兽。但是问题是如果资金用完了怎么办?网络会一夜之间消失。这是一个极大的风险。
　　LoRa的方式则不一样。技术核心是升特公司(收购了一家法国公司Cycleo)升特成立了LoRa联盟，开发高级协议，并且向会员免费开放。LoRaWAN协议定义了设备之间如何通讯，数据如何传输给设备。
　　LoRa与Sigfox最大的不同之处在于谁都可以运行设备，想Sigfox、LoRa联盟也鼓励运营商部署LoRa网络，但是任何人都可以购买LoRa基站，并且自主组网。很多公司称之为私有网络。个人也可以这样做，The Things Network是一个自发组织，很多个人在上面开发LoRaWAN硬件。相对于全国的部署，LoRa更适合区域性的部署。如果LoRaWAN设备提供商提供提供服务，我们可以自己建立基站，来延续这种服务。
　　网络的生命长度是大家应该关注的。在M2M的初期，没有人想到GPRS有一天会消失，每一代蜂窝网络的生命长度越来越短。Ingenu在市场报告总指出，LoRa的生命周期为20年以上。如果预测正确，LoRa的生命周期比LTE-M长。
　　回到商业模式，有一些细节需要添加：
　　Sigfox希望成为全球的运营商，风险很高，有失败的可能。目前它的成本很低，但是不确定能持续多久。它的资金来自于风投，投资者希望有高的回报。这种商业模式决定了它的生命周期和未来的发展。当然如果发现阻碍较多，也许它会改变商业模式。
　　LoRa则是一种分散的思路。升特是一家历史悠久的发展稳健的芯片公司。他们建立标准，支持大量合作者开发硬件和设备。他们既支持运营商建设设备，允许用于公用或使用的网络。所以连接在一起的效果如何还有待验证。每个开发者都是独立的。因为芯片只有升特可以提供，每个设备升特会有$0.5的利润。如果达到10亿的数量，利润会翻两倍或者三倍。即使其建立全球网络的目标失败，升特可以通过出售芯片来获得收入。因此没有财务风险。所建造的LoRa设备可以用几十年。
　　LTE-M希望为现有的运营商增加收入。根据上述的分析，增加的收入不是很多。因为运营商需要开发一套定价和收费的策略，运营商会考虑是否值得。只有当LTE-M做为常规的设备升级，LTE-M才有它的优势。只有将成本降低才有可能增加数量，而这就需要一大批芯片提供商打破高通的垄断，来支持各种生产商。这个过程需要的时间比较长。之前的蓝牙低功耗至少花了5年时间。从技术上，芯片的技术很简单，涉及到IP的部分也很少，需要很小的协议栈。运营商可以配置基站来支持LPWAN标准，但是他们太执着于3GPP规范，希望引进外部的标准。
　　如果我来选择，我会选择哪一种?也许是LoRa。因为它有现成的技术，而且可以自行控制设备。在局部的区域的需求LoRa可以满足，也许未来可以覆盖到全国。如果我们需要覆盖全国或者全球，那么久要选择LTE-M、Sigfox有太多不确定性，风险难以控制。
　　我的建议是充分考虑产品的需要。部署的位置，产品的生命周期，如果网络覆盖消失如何挽救?不要考虑技术。客户因为数据的价值和可靠性才需要IOT.而这取决于你对网络运营商有多少信任?
　　最后，我重申一下把数据绑定到产品的单价里。只有这样才可以有大量的设备。LPWAN和LTE-M的存亡与技术无关，取决于商业模式。

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5G和V2X将如何融合在一起?
2019-08-19来源: EEWORLD关键字：5G  V2X

翻译自——Semiwiki，Bernard Murphy on

技术名词：V2X，ADAS，Waze，OTA，C-V2X，DSRC

在自动驾驶和ADAS新功能中，车辆与其他车辆、行人、骑自行车的人或基础设施之间的通信，通常被称为V2X。但可能是因为采用V2X还比较早或者是一项隐藏在引擎盖下的技术，它并没有得到太多的关注。这是一个遗憾，因为V2X的应用程序很可能在完全自治成为现实之前就对安全性和方便性产生重要影响。



应用程序

考虑到V2X的这些潜在应用。在车辆之间的通信中，它可以扩展现有的方法，以帮助左转援助紧急刹车警告和提高十字路口的态势感知能力。扩展Waze概念，它可以控制或建议速度调整，以适应交通拥堵，也可以更新你的GPS地图与实时车道关闭和公路建设活动。V2X的某些形式是必不可少的，以支持空中(OTA)软件更新。

其中一个非常好的功能是“透视车”。如果你的车能进入你前面那辆大卡车的前置摄像头，你就能看到那辆卡车前面是什么。比如你正跟在卡车后面，前面的车停了下来，他一定发生了状况，你会一清二楚。

另一个非常有趣的应用是车辆编排。这是一种卡车/或汽车以协调小组的方式行驶的技术。排队可以减少拥堵，因为这类群体之间的距离可能比考虑到人类反应时间时更近。这一想法背后的主要意图是支持自动驾驶汽车在自动公路上行驶。这可能是早在它普及之前就开始自主性发展了。

如果我们能够在汽车和高速公路上实现V2X基础设施来支持这一目标，那么在高速公路上读书或打盹将是一个合理的短期目标。(目前仍存在一个问题，那就是领航车辆是否需要人驾驶。以及当当前的领队想要离开队伍时，你如何交换领队。但这似乎仍比宏伟的目标更接近可行。)

Wi-Fi和蜂窝网络

支持V2X的理想通信技术存在一些争议。任何此类技术都必须在非常广泛的条件下(天气和来自其他EMI源的干扰)才显得可靠，而且必须保证非常低的延迟。

Wi-Fi的拥护者已经提出了一个强有力的技术—专用短程通信技术(DSRC)，802.11的一个子集，是V2X的真正候选。这一标准的研究已有很长一段时间了，但似乎需要现在开始迎头赶上。这是美国规定的标准，美国国家公路交通安全管理局(NHTSA)已经开始要求美国所有汽车都必须配备DSRC。

然而，负责蜂窝标准的3GPP标准组在这一领域相对较晚，但一直致力于超可靠低延迟通信，即C-V2X，作为5G的主要组件之一。支持端到端1ms延迟，符合NHTSA的要求，并且提供了更高的可靠性和高达20Gbps的带宽，允许在需要时进行高保真流。另外，C-V2X似乎比DSRC有2X+距离优势，这意味着它需要更少的小/微蜂窝基站来支持一个给定的区域。据了解，芯片和模块有望在今年上市，并在2020年出现在汽车上。



下一步该怎么做

美国交通部(US Department of Transportation)正在押注。

我之前提到的那项任务。在他们开始审查之前，DSRC是唯一的选择。现在C-V2X看起来是一个强有力的竞争者。美国国家公路交通安全管理局副局长Heidi King表示，“相对于支持V2X技术的通信协议，USDOT仍然保持技术中立。“一些公司和地区已经在一些应用中采用了DSRC(如凯迪拉克)，C-V2X(福特)。这是一场比赛，但重要的是要意识到比赛才刚刚开始。

如果要打赌，我会选择移动解决方案作为长期赢家。这与科技无关，我的赌注是基于所有权的基础设施成本和支持的可靠性。任何Wi-Fi解决方案都需要广泛部署接入点，以及从接入点到网关的回程，等等。谁来支付和维护这些基础设施？地方政府还是新的私营企业?在这些私营企业成熟之前，我们还需要指望不可靠的支持吗?我们已经有成熟的公司在本地和全球范围内提供无线支持。并不是说它们是完美的，或者不能改进，而是在现有的业务和物理基础设施的基础上进行构建比启动新的业务来支持新的物理基础设施更有意义。

C-V2X技术的关键推动者显然是5G无线电、SoC集成和完成5G C-V2X接口所需的其他IP组件。由于这些解决方案必须通过ISO 26262标准认证，集成商不仅需要来自IP供应商的正确组件，还需要对其提供ISO 26262安全包和认证的能力，以及对他们的能力,深度、记录提供ISO 26262和认证安全包深信不疑。正确的选择必须满足功能、性能、质量和可靠性级别，并达到最积极的FinFET特性大小。

延伸阅读

DSRC和C-V2X

V2X，顾名思义就是vehicle-to-everything，其希望实现车辆与一切可能影响车辆的实体实现信息交互，目的是减少事故发生，减缓交通拥堵，降低环境污染以及提供其他信息服务。V2X主要包含vehicle-to-vehicle (V2V)， vehicle-to-infrastructure (V2I)， vehicle-to-network (V2N)以及vehicle-to-pedestrian (V2P)。



V2X早期主要是基于DSRC，全称是dedicated short range communication，专用短距离通信技术。DSRC在美国已经经过多年开发测试，后期随着蜂窝移动通信技术发展才出现了C-V2X（Cellular V2X，即以蜂窝通信技术为基础的V2X）技术。



DSRC技术的产生基于三套标准：

第一个是IEEE 1609，标题为“车载环境无线接入标准系列（WAVE）”，其定义了网络的架构和流程。

第二个是SAE J2735和SAE J2945，它们定义了消息包中携带的信息。该数据将包括来自汽车上的传感器的信息，例如位置，行进方向，速度和刹车信息。

第三个标准是IEEE 802.11p，它定义了汽车相关的“专用短距离通信”（DSRC）的物理标准。

DSRC顶层协议栈是基于IEEE 1609标准开发的，V2V信息交互是使用轻量WSMP（WAVE Short Message Protocol）而不是WIFI使用的TCP/IP协议，TCP/IP协议用于V2I和V2N信息交互。DSRC底层、物理层和无线链路控制是基于IEEE 802.11p。使用IEEE 802.11系列标准的初心是利用WIFI的生态系统，但是WIFI最初设计用于固定通讯设备，后来制定IEEE 802.11p支持移动通讯设备。

C-V2X技术进化史

随着蜂窝通信技术的发展，蜂窝通信扮演的角色越来越重要，现在蜂窝通信技术已经从单纯的传递声音变成向传递音频、数据转变，也从Person-to-Person向Machine-to-Machine变革，V2X技术就是M2M变革的一项应用。

C-V2X是由3GPP定义的基于蜂窝通信的V2X技术，它包含基于LTE以及未来5G的V2X系统，是DSRC技术的有力补充。它借助已存在的LTE网络设施来实现V2V、V2N、V2I的信息交互，这项技术最吸引人的地方是它能紧跟变革，适应于更复杂的安全应用场景，满足低延迟、高可靠性和满足带宽要求。

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http://news.eeworld.com.cn/wltx/ic474016.html

远距离无线充电技术不是不可能

2019-09-10来源: EEWORLD关键字：无线充电

翻译自——imec，Huib Visser

因为一种使用多天线新方法的诞生，使得物联网设备(甚至智能手机)的无线充电正在变成现实。为此，荷兰imec的资深研究员Huib Visser对目前的现状和未来的发展做了一个简要的介绍。

你可能会说，由于感应式充电器已经上市很长时间了，“智能手机的无线充电已成为可能”。当然，这并非完全不正确，但“无连接充电”或许更适合描述当今的技术，因为感应充电仍然需要充电站和其设备之间保持密切联系。这不仅限制了它在智能手机上的使用，还使得目前的方法与将日益充斥我们周围的物联网设备充电的要求不相容。

得益于5G、工业4.0、智能城市、智能交通等领域的发展，我们将看到电池驱动设备的增长。通过有线连接或短程感应充电是不可能的。相反，它们需要从周围环境中获取能量。特别是在室内应用中，而其他方法，如光伏或热能转换很快就达到了限制，所以说，无线充电是一个很好的候选。

真正的无线充电在某种程度上意味着:在不需要直接瞄准移动设备和固定设备的情况下，远距离传输足够的电能。到目前为止，还没有一种技术进入市场，并符合上述任何一种规格。然而， imec最近有了新的技术突破，人们可以开始梦想一个不那么遥远的未来，在那里所有这些都可能成为现实。

受物理定律和政府的限制

正如无线电力联盟主席Menno Treffers在他的博客“Dreaming of power through the air”中提到的，人类暴露于射频电磁场的安全限制可能是远距离无线充电尚未进入市场的最重要因素之一。物理学定律表明，在球形膨胀的电磁波中，功率密度随距离呈二次递减。对于超低功耗的设备，这仍然可以在距离充电站几米远的地方产生足够的电能。因此，对于这个特定的条件，已经可以找到商业解决方案。所以说，传输足够电力的距离很容易得到改善。

第一个实验结果证明了物联网传感器的远距离供电能力

imec已经在2018年建造了一个演示器，在距离3瓦eirp发射机(eirp是发射功率和天线增益的乘积)5米远的地方，实现了25微瓦(1、5或3V)的连续功率预算。与商业设备相比，这是两到三倍的改进，在距离上可以获得这样的电力能量。

通过将这些能量储存在冷凝器中，每两分钟就有可能在几微秒内释放出几十毫瓦的能量。这足以唤醒一台收音机，激活一个传感器来测量一些数据，并将这些数据无线传输到接收器上。imec在915MHz和245GHz频段中演示了一个场景，这两个频段分别是美国和世界范围内工业、科学和医学(ism)的两个免许可证频段。

为了得到这些结果，imec建立了两个专门的rectenna(整流天线)原型，以确保在接收端功率转换。对于这些原型，imec使用了一种非传统的方法来进行系统优化。imec没有单独优化每个模块(整流器、变换器、电源管理电路……)，而是选择了次优整流天线:提供相对较高的直流电压，但在可用的功率包络线中创建一个开口，以进一步优化电源管理电路。这导致了比单独优化每个构建块时更好的总体系统性能。

两个rectenna原型用于无线充电装置中的电能转换



两个rectenna原型用于无线充电装置中的电能转换。一个用于915MHz美国-ism频段(左)和一个全球2.45 GHz ism频段(右)。两个rectennas都有一个集成在PCB上的小型化天线。2.45 GHz的rectenna被一个接地屏蔽装置，集成在金属外壳上。

虽然对物联网传感器来说足够了，但实现的电力输出远远不足以为智能手机等设备供电。而在接收方，几乎根本没有什么可获得的。要获得为高功率设备充电所需的功率密度，就必须将发射器调高到法律上无法接受的水平。

多天线设置，以克服较大距离的功率限制

通过将多个天线的发射器强度以三角形的方式结合起来，就可以在不超过任何辐射限制的情况下，在不“污染”气泡外的频谱的情况下，制造出一个功率密度足够高的相对较小的球形气泡。





通过使用具有多个天线(顶部)的三角形概念，可以在不超过任何法定辐射限制的情况下创建聚焦的高功率气泡(右图)。图左:一个经典的球形广播天线图案。中间图:一个定向天线，正在5G场景中进行研究，但其在ism波段的适用性仍然有限。

在这种情况下，所有天线都可以在法律允许的最大功率下发射，但发射时间间隔不同。所产生的球形电磁波将彼此独立传播(并遭受二次功率衰减)。通过巧妙设计时间间隔，我们可以创建一个焦点，使这些波在相位上聚集在一起。在这个焦点区域，能量密度会相互叠加，形成一个更高能量密度的气泡，可以放置在需要充电的电池供电设备上。

对于N个天线阵列，平均功率增益为N，峰值功率为N×2。也就是说有了两根天线，你的平均功率增加了两倍，峰值功率增加了四倍。这是一种比5G环境下正在研究的智能天线场景更先进的方法。这些使用定向光束，但仍然受到ism波段的法律权力限制。

从看见到看不见，从固定到移动

利用这种方法，imec进行了一系列成功的实验。在非优化的设置、非理想脉冲和大量散射的情况下，这些测试证实了理论上的功率增益——通过调整时间间隔——功率气泡可以在指定位置产生。很有希望的是，由于其明显的简单性，这种设置被选择的可能性很大，天线相对远离，并且物体的位置是固定的并且是预先已知的。

现在，imec将整个理念提升到了一个新的层次;此技术也正在申请专利。正在进行的研究包括将天线放置在更近的位置(这样它们就可以成为同一个基站的一部分)，而物体则不必处于直接视线之内。通过对返回基站的发射器信号的散射和反射的解析，我们可以找到一种给设备充电的方法，即使它们在拐角处，或者如果一个物体是发射器和接收器之间的直接路径。这个方式一旦通过，该特性将成为实现现实应用的重要资产，其中一个站点可以在同一房间为多个(IoT)设备充电，而不会受到附近其他对象的阻碍。

为了更进一步发展，imec正在开发一种对需要充电的设备进行被动位置检测的方法。即使接收设备的电池是空的，来自基站的信号仍然可以检索设备的位置并开始充电。这种解决方案在智能手机充电的场景中尤其重要，因为没有人真的想每次充电时都把智能手机放在同一个地方。

对于物联网设备来说，此功能可能乍一看不那么重要,因为大多数物联网传感器将被安装在一个固定的地方(如安装在墙上的空气质量传感器),或有可能返回到一个已知位置(例如传感器工业机器人,每个操作后返回他的备用位置)。然而，对于物联网传感器来说，位置检测的潜在优势不可低估。功率限制是iot系统设计中最严格的规范之一。特别的是，电池驱动的传感器需要在一次充电的情况下具有几年的自主性。这意味着可以传输的数据量必须保持在最低限度，更不用说可以嵌入这种传感器的计算智能的严格限制。

如果被动位置检测可以让充电站检测并给不在固定位置的物联网传感器充电呢?这将大大增加可用的电力预算，从而提高可嵌入其中的智能水平。

Imec目前正在进行实验设置，并正在积极寻找行业合作伙伴，希望在开发这些概念和技术方面突破性进展，这些概念和技术可以转移到行业解决方案提供商。