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蜂窝无线电系统设计的十个秘诀
Max Widmer
蜂窝无线电系统的首要目标,是为大量的无线数据、图象和移动用户提供良好的通信服务,然而,这些服务都需要在回程无电线系统中建置极高的频宽和数据传输率,而且还要尽量压低成本──这已经成为了新一代蜂窝网络建置的首要挑战。
为有效满足这些需求,设计师选择蜂窝无线电时,必须仔细考量许多因素。以下我们将提供“十大”蜂窝无线电选择经验,为设计师们提供应对无线电设计挑战时的参考。
1.确定你的无线系统:2G,3G或4G?
这个根本性的决定所影响的范围不仅包含嵌入式处理器的功能,最终将和所有与设备相关的成本和寿命有关。这一点非常重要,在许多情况下,设计师都会选择最快的速度来做设计。事实上,许多电信业者都在朝具备更高数据传输率的系统转移,其速度甚至超过这些公司原先所预期的。例如,AT&T公司已逐步淘汰纽约的2G系统,因为当地的网络已经非常拥挤,在相同空间下,3G系统可以容纳25个用户,但2G系统却仅能供一人使用。这促使电信业者朝新系统转移,但这也意味着新的设计技术、更快的数据传输速度,以及更高昂的相关费用。
2. 选择你的网络技术:CDMA或GSM?
在选择你需要的网络技术前,了解码分多址(CDMA)和全球移动通信系统(GSM)之间的差异是不可或缺的一环。一般来说,CDMA在许多地方都已行之有年,它采用较先进、更有效率的技术,提供较便宜的月租型数据服务(data plan),而且具有更好的吞吐量,不太容易受到噪音干扰。但它仍有缺点,如地理限制(仅美国和加拿大),以及更加昂贵的硬件等。而GSM基本上则涵盖了全球多数地区,包括美国在内。
3. 选择你的接口:表面黏着、Mini PCIe 或connectorized?
PCI Express迷你卡(Min PCIe)的你可以取得的业界标准规范。它们已经被应用在平板电脑、笔电、路由器和各种产品中,这是最简单的整合选项。表面贴装方法需要在PCB上的模组周围铺满各种元件,这也是许多设计师希望做整合的地方。而另一种connectorized(专利)接口则介于二者之间。你不必布局整个电路板,但你必须布局特定连接器。
4. 仔细权衡产量,决定使用模组或是数据机
你的量会大到足以支付所有的开发和认证费用吗?如果是的话,采用模组是合理的。或是你只是想简单地用一款现成解决方案?如果是这种情况,你应该考虑数据机。根据一般的经验法则,如果你的部署量少于三千部,那么选择数据机将比选择模组要好,因为模组是完全硬件整合,而且充份认证的。如果你选择使用模组,那么在最后的设备认证时(意指产业和电信业者等认证),花费可能会超过二万美元──若产量较大,你就可以回收你的认证和硬件开发成本。
5. 若选择数据机,如何规划周边?
现在,你已经决定用数据机,该是想想周边的时候了。你会需要什么?客户会有哪些软件要求?数据机可以有扩展卡,而你有很多种选择──USB, 无线收发器、以太网络埠等。但你的应用真正需要的是什么?你现在做的决定愈明确,设计过程就愈顺畅,而且愈容易控制成本。
6. 符合电信业者和市场的需求
每一家电信业者都有着自己的特色,这让他们在市场上能独树一帜,让大家更能注意到每家电信业者的特性。例如,当初AT&T积极跳脱2G ,开始布建3G网络之际,Verizon和Sprint还试图延长2G服务的寿命。而在加拿大,Rogers也采取类似AT&T的做法,积极往3G前进。现在,美国和加拿大的所有电信业者几乎都正在朝4G迈进,纷纷开始提供LTE产品和服务。而LTE 的发展是否能符合业者们的期待,仍有待观察。
7. 考虑由谁提供月租型服务
所谓的行动虚拟网络供应商(mobile virtual network operators, MVNO),意指规模较小的公司,他们向大型电信业者大量购买时数或月租型资料服务(data plan),然后再重新分配出售给M2M 客户。MVNO 能为目前大型电信业者还无法顾及的M2M 领域提供服务,让客户能更轻易地经由整合月租型资料服务,以更经济的成本和更容易使用的网络平台来部署他们的M2M 产品,而且还能监控SMS 和资料的使用情况。
8. 确认必要的专业服务:哪一项会需要软件和/或硬件开发?
如果你选择使用模组,你就必须同时考虑软件和硬件的开发,以及电磁干扰(EMI)、针对天线的射频通道、软件开发和应用软件介面(API)等。而采用数据机方案则只需考虑软件开发。一个“智能”型数据机通常具有整合的操作系统,允许将之针对家用路由器进行客制化;而一个“dumb”收据机则需要主控端的操作系统平台,因此你仍然必须客制化软件和将操作系统整合到数据机。
9. 确认完善的供应链
一家能提供广泛全球物流服务的公司,能大幅简化开发时寻找元件的过程。你可以寻找能当天立即对国内客户出货的业者,这些公司还要能即时回应客户的支持要求、调度船只以满足JIT (just in time)出货需求、提供特殊包装选项、满足特殊货物运送条件,以及特殊产品测试,或作为第三方的物流提供商。
10. 不要忘记其他配件
当你规划配件时,要特别注意天线──它在你的设计中扮演关键角色,特别是在你选用模组时,它往往是能否成功认证和部署的关键组件。其他必须考虑的配件还包括:资料缆线,如RS-232;电缆配件,如U.FL到SMA,或是SMA至SMA的扩展;以及在覆盖率较低区域的信号增强器。
本文作者Max Widmer是Richardson RFPD公司M2M应用工程师 6/25/2012


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