無線技術正經歷著巨大的變化。 蜂窩市場正在從 3G 向 LTE、LTE Advanced 和 LTE Advanced Pro 轉變，以提高數(shù)據(jù)速率并降低功耗，這一切都有賴于下一代 5G 技術。 這將帶來許多更高頻率的頻段，以實現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)速率。 此外還將引入當前在非許可頻段（例如 Wi-Fi）中使用的其他技術。

同時，運營商和開發(fā)人員密切關注蜂窩無線技術的進步，以便為物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 提供低成本、可靠且可擴展的無線鏈路。 對于這些應用，驅動因素是功耗和電池壽命，并且窄帶解決方案目前也不斷涌現(xiàn)。 與此同時，像藍牙和 ZigBee 這樣的規(guī)范有了最新發(fā)展，現(xiàn)在也面向物聯(lián)網(wǎng)應用了。 藍牙 5 承諾以更低的功耗提供更大的覆蓋范圍和更高的數(shù)據(jù)速率，ZigBee 3.0 則以更低的功耗提供網(wǎng)狀網(wǎng)絡。

所有這些都會令設計工程師頭疼不已。 為低成本、低功耗全球應用選擇無線協(xié)議可能非常復雜并且不太穩(wěn)定。

模塊制造商嘗試應對此挑戰(zhàn)的方法之一是通過通用封裝。 例如，Sierra Wireless 為此專門對其所有無線開發(fā)工作采用模塊化方法。 AirPrime HL 系列中的 2G、3G 和 4G 嵌入式模塊系列提供了器件制造商滿足基本連接要求所需的一切要素。 所有不同蜂窩技術全部采用一個通用外形尺寸，并具有小尺寸、低功耗特性和增強的射頻性能。此外，還為美國的 GPS 和俄羅斯的 GLONASS 衛(wèi)星系統(tǒng)提供 GNSS 導航和全球覆蓋支持選擇。

圖 1：由于無線模塊具有通用的外形尺寸，因而可以在板上輕松添加各代技術。

只需一個 PCB 設計，設備制造商就能輕松集成語音和數(shù)據(jù)連接，并在任何無線移動網(wǎng)絡上的任何區(qū)域進行部署（如圖 1 所示）。 Sierra 還考慮了在外形尺寸中包含模塊焊接選擇，以提高大批量生產的效率，或在相同焊盤上使用咬接插座，以便為原型開發(fā)或小批量生產提供絕佳的靈活性（圖 2）。 利用此咬接插座，設備制造商可以在生產過程和產品生命周期內的任何時間點使用通用封裝部署或更改模塊。

外形尺寸上的通用引腳布局可實現(xiàn)不同 2G、3G 和 4G 模塊變體之間的向前和向后兼容性。 這意味著，機械引腳位置可在不同系列之間提供相同功能。 不僅如此，HL 系列的引腳布局還能與 WP 應用處理系列兼容。

圖 2：利用咬接插座，任何通用模塊都能在原型系統(tǒng)中完成測試或用于小批量生產。

但無線模塊的未來不只關乎硬件。 軟件和固件是系統(tǒng)中越來越重要的一個組件。 利用 Sierra 基于云的 AirVantage 無線 （OTA） 服務，用戶可以直接連接并管理任意規(guī)模的一組遠程機器。 這樣可以使用開放 M2M 開發(fā)工具和標準將機器數(shù)據(jù)整合到企業(yè)系統(tǒng)。

Sierra 領導制定標準的 Eclipse 物聯(lián)網(wǎng)工作組，并在 Github 開源庫中提供應用程序編程接口 （API），包括 AirVantage API 的 Node.js 示例。 此示例使用 Clojure 中的 Airvantage REST API（即 Go 中一個簡單的 OAuth2 + JSon 客戶端）從 AirVantage 收集網(wǎng)關列表以及收集從 Ruby、PHP 和 Java 訪問 AirVantage API 的方式；此外還使用一個輕便、靈活的 Shell 腳本，實現(xiàn)與 AirVantage M2M 云 API 在命令行中進行交互。

類似地，NimbeLink 的 Skywire LTE CAT1 調制解調器面向長壽命的應用，因此必須考慮不斷變化的無線技術。 此調制解調器采用與 Skywire 系列相同的小尺寸和 XBEE 接口，并與 NimbeLink 的開發(fā)套件及微處理器擴展板兼容，可快速、輕松地將蜂窩連接集成到產品中。 使用 XBEE 的標準接口可簡化到其他蜂窩技術的遷移過程，并能隨著新技術的成熟而延長產品壽命。

蜂窩領域很清楚來自非許可技術（例如藍牙、Wi-Fi 和 ZigBee）的威脅，因此一直致力于建立自己的低數(shù)據(jù)速率標準。 第 13 版 3GPP 規(guī)范就包含了窄帶物聯(lián)網(wǎng)（LTE Cat. NB1）標準，首次面向物聯(lián)網(wǎng)開放蜂窩網(wǎng)絡的使用。

這讓蜂窩模塊在智能建筑和城市、公用事業(yè)計量、白色家電、資產跟蹤以及農業(yè)和環(huán)境監(jiān)控等應用中擁有 10 至 20 年的電池壽命。 沃達豐、德國電信和華為在智能計量和停車應用中的試驗已證明，NB-IoT 網(wǎng)絡的運營效率高于 GPRS。 NB-IoT 模塊將于 2016 年下半年上市，其峰值下行速率高達 227 kbps，上行速率高達 21 kbps，并將功耗保持在低水平，可提供十到二十年的電池壽命。 同時支持三個射頻 （RF） 頻帶意味著同一模塊可用于大多數(shù)地理區(qū)域。

LTE 發(fā)展 窄帶解決方案 下一代 LTE-M 13 版 NB-LTE 13 版 EC-GSM 13 版 5G 范圍（室外） 《 11 km 《 15 km 《 15 km 《 15 km MCL 156 dB 164 dB 164 dB 164 dB 頻譜 已許可

（7-900 MHz） 已許可

（7-900 MHz） 已許可

（8-900 MHz） 已許可

（7-900 MHz） 帶寬 1.4 MHz 或共享 200 kHz 或共享 2.4 MHz 或共享 共享 數(shù)據(jù)速率 《 1 Mbps 《 150 kbps 10 kbps 《 1 Mbps 電池壽命 》 10 年 》 10 年 》 10 年 》 10 年 上市時間 2016 年 2016 年 2016 年 2025 年

圖 3：窄帶物聯(lián)網(wǎng)模塊將于 2016 年下半年發(fā)布（來源：3GPP）

NB-IoT 降低了設備復雜性，操作功耗超低，并且每個蜂窩單元可支持多達 150，000 個設備。 最重要的是，相比 GPRS，該技術可提供 20 dB 的鏈路預算改進，能夠在地下或建筑物內部等覆蓋不良的條件下提供出色的性能。

但是，非許可頻帶的無線技術也在不斷發(fā)展中。 藍牙 5 承諾提供四倍于目前版本的覆蓋范圍以及兩倍的帶寬，以創(chuàng)建“無連接”的物聯(lián)網(wǎng)。 藍牙 5 解決了舊版本在物聯(lián)網(wǎng)中部署遭遇的一些難題。

這一新技術將在 2016 年下半年或 2017 年年初發(fā)布，采用此技術的模塊覆蓋范圍相比當前版本大幅增加四倍，最高可達 50 米，速度可達 2 Mb/s。 擴大覆蓋范圍將提供穩(wěn)定可靠的物聯(lián)網(wǎng)連接，使全家、建筑物和戶外應用成為現(xiàn)實，同時，更高的速度可更快發(fā)送數(shù)據(jù)并優(yōu)化響應能力。

但該技術在硅和模塊中的實現(xiàn)將決定總功耗和電池壽命。

此外還有相關的計劃，進一步通過這些硬件模塊剝離物聯(lián)網(wǎng)的復雜性，并實現(xiàn)智能家居即服務 （SHaaS） 模式。 由于單個傳感器可用于多種應用，因而可減少需要的傳感器總數(shù)和維護工作并降低冗余度。 例如，運動傳感器可用于安防系統(tǒng)、照明控制、家居環(huán)境管理、娛樂選擇、家庭生活方式，甚至用于喂養(yǎng)家庭寵物。

圖 4： 除了通信層的可用射頻標準外，應用層也存在大量的競爭標準。

SHaaS 無需構建您自己的網(wǎng)絡便能提供一系列服務，用于分析智能家居傳感器的輸入，學習家庭生活及家居使用方式，并做出明智的決定，從而提高家庭舒適度、安全性和能源效率。

家中傳感器提供的信息將由本地中樞以無線方式收集，并安全地傳輸至負責收集和分析數(shù)據(jù)的智能云服務。 在初始安裝后，云端算法只需一到兩周的時間便能為應用累積足夠的數(shù)據(jù)，以“學習”家庭生活方式，并能在發(fā)生突發(fā)或劇變事件時發(fā)送提示。

所有服務需要整合到一個采用單一用戶界面的易用型儀表板，同時服務提供商會處理客戶支持、計費、用戶管理以及軟件和服務升級及更改。

這使智能家居變得易于使用、便于管理，并且能有效地為居民提供安全、保障和舒適環(huán)境，更能為服務提供商提供有價值的收入來源。 設備和系統(tǒng)開發(fā)人員需要合作開發(fā)硬件、軟件和網(wǎng)絡智能，才能打造出這一水準的服務。

結論

應用與技術一樣，對無線模塊未來的影響巨大，并且在這一發(fā)展過程中，軟件正在發(fā)揮越來越重要的作用。 NB-IoT 等新硬件標準提供了諸多優(yōu)勢，輔以通用的模塊封裝，令無線節(jié)點的設計變得更加簡單。 復雜性隨之轉移到模塊中的軟件上，加上 OTA 更新以及與應用的集成，將創(chuàng)造出像智能家居即服務這樣的全新市場。