物联网设备无线标准认证与产生的影响

本文着眼于2.4 GHz频段的欧洲物联网设备无线标准（EN 300 328 V1.9.1）的协调，考虑到2.4 GHz与其他蜂窝频段（如LTE-M和窄带LTE）的背景。新标准于2016年11月生效，本文探讨了物联网设备开发人员的这种影响

标准化如何成为全球创新的挑战。等待在不同地区分配频段，批准使用的技术和分配许可证可以减缓新应用的推出。对于物联网（IoT）使用移动电话技术肯定是这种情况。虽然有一个中央标准组织，3GPP，物联网的最新窄带LTE（LTE-NB）技术的发展一直很慢。 5G的前景更具挑战性，因为4G与高速通道中的Wi-Fi相结合。

相比之下，未经调节的ISM（工业，科学和医疗）频段为无线技术提供了一种简便的方法。用于物联网。 2.4 GHz频段特别适用于无线链路，无需全球认证即可使用各种技术。 Wi-Fi，蓝牙和ZigBee都在这个频段运行，这已经带来了一些挑战。虽然每个都有自己的标准组织 - 用于Wi-Fi的IEEE802.11，用于ZigBee和L4PAN的IEEE802.15.4以及用于蓝牙的蓝牙特别兴趣组，但各组之间的协作有限。

市场研究人员Machina研究预测，物联网连接总数将从2015年的60亿增长到2025年的270亿，每年增长16％。绝大多数这些连接（71％）是短距离，2.4 GHz链路，如Wi-Fi和ZigBee，突出显示频段如何变得更加拥挤。

越来越多地使用一家领先的蓝牙芯片设计师并未遗漏蜂窝技术。 Nordic Semiconductor希望支持即将推出的3GPP Release 13 LTE-M和NB-IoT蜂窝技术。 nRF91系列（计划于2018年发布）专为满足新兴低功耗蜂窝物联网应用的需求而设计，包括长电池寿命，低成本部署和维护，可能数十亿设备的可扩展性，以及可实现小型化的外形尺寸几乎适用于任何地方，以及无处不在的网络覆盖。

LTE-M和NB-IoT旨在提供低功耗，安全，可靠，面向未来的开放式标准和可互操作的蜂窝连接，以实现成本，尺寸和功率受限的物联网应用。这两项技术将推动新兴蜂窝物联网市场的广度和增长，预计到2021年将超过15亿个连接.Nordic预计2018 - 2019年期间将对这些技术进行广泛覆盖，初始覆盖范围将从2017年开始。

“我们的超低功耗无线DNA与芬兰独特的蜂窝专业技术相结合，使Nordic在推动和推动低功耗蜂窝物联网市场方面处于强势地位，”Nordic Semiconductor首席执行官Svenn-Tore Larsen表示。 。 “对我们而言，这个路线图是通过为我们的技术，持续的组织和研发投资提供规模，将Nordic Semiconductor作为一家公司提升到新的水平。”

图1：莱尔德科技使用Nordic Semiconductor的芯片作为其蓝牙模块。

“我们相信蜂窝物联网市场仍处于起步阶段，新的低功耗LTE技术北欧半导体公司产品管理总监Thomas Embla Bonnerud表示，变种将在许多方面推动巨大的增长曲线，类似于蓝牙低功耗对短距离无线的影响。 “未来几年，与今天的市场相比，这个市场看起来会非常不同。这就是Nordic Semiconductor nRF91系列的全部内容：为新的和不同的市场提供全新的不同解决方案。“

随着更多蜂窝设备的使用以及ISM频段中IoT节点使用的爆炸式增长，欧洲电信标准协会（ETSI）已更新其使用2 GHz频段标准的标准。这些对于欧洲的任何制造商运输设备都是强制性的，并将于2016年11月生效。

目的是协调乐队内设备的活动，这对于即将到来的新技术更为重要以及在频段内运行的无线物联网节点数量激增。

两个新标准是覆盖2.4 GHz频段的ETSI EN 300 328 v1.9.1和用于802.11a也使用的5 GHz ISM频段的ETSI EN 300 893 v1.8.1。这些技术涵盖了Wi-Fi，ZigBee和蓝牙使用的基于信道的跳频扩频（FHSS）技术，以确保无线电链路可以在如此拥挤的无线电环境中协同工作。它不包括将数据分布在多个频段的超宽带技术（UWB）。

涵盖CE标志认证的欧洲指令包括符合人体暴露于电磁场的EN 50371标准，电磁兼容性EN 301 489和EN 300 328.版本1.8.1未对蓝牙进行分类能量（BLE）作为FHSS，而在第4.2.1节中将其列为“其他类型的宽带调制”，测试要求在第2节中定义。 4.3.2。转向1.9.1使其与其他2.4 GHz技术保持一致。

图2：德州仪器蓝牙审批流程。

标准的新修订版还包括使用卫星定位技术GPS到GLONASS和Galileo随着更多物联网标签在卡车，托盘或高价值产品上移动，并包括地理定位信息。虽然它们的工作频率为1.6 GHz，但可能会产生干扰效应，并证明所有这些技术的共存是欧洲认证的一个关键部分。

德国测试机构TÜV南德意志集团正在评估这些差异标准的v1.8.1和v1.9.1之间以及它如何符合当前的设备认证，例如是否需要重新测试。

如果产品符合1.8.1版本，然后在转到1.9.1时不需要重新测试。公司可以简单地更新其技术构造文件（TCF），详细说明版本1.9.1中的更改不会影响其产品的合规性，因此可以假定符合1.9.1版。然后可以将符合性声明（DoC）更新为V1.9.1。

但是，如果支持地理位置功能，制造商需要新的声明，但不需要进行额外的测试。如果使用V1.9.1的V1.8.1测试结果，则需要将其考虑在TCF中。

当信号在信道之间跳跃时，证明诸如蓝牙之类的跳频标准的合规性可能是困难的。新标准允许制造商提供“累计传输时间和频率占用”的统计分析（条款5.3.4），这将有助于减少制造商的测试时间和成本。

新版本该标准是下一代蓝牙5.0版，计划在同一时间尺度。这旨在使蓝牙技术更适用于物联网应用。增加的范围将提供更强大，可靠的连接，而更高的速度将使系统更具响应性。增加的广播容量将推动下一代“无连接”服务，如信标和位置相关信息和导航。

蓝牙技术有限公司执行董事马克鲍威尔说：“蓝牙5将改变人们体验物联网的方式，使其成为一种简单而无缝的环境。” “增加操作范围将实现与远远超出典型家庭墙壁的物联网设备的连接，同时提高速度支持更快的数据传输和设备的软件更新。现在，由于能够广播更丰富的信息，蓝牙5将使信标，位置感知和其他无连接服务成为轻松无缝的物联网体验的更重要部分。“

硅设备支持蓝牙5.0的产品将于2016年底和2017年上市，以便模块制造商能够提供经过认证的方式将技术添加到设计中。这些必须通过EN 300 328 V1.9.1过程。

该过程的一个关键变化是EN 300 328 V1.9.1不再引用'R'和'Q'的值，因此模块和系统制造商不需要联系芯片组供应商这个信息。同时，制造商可以声明的最小清除信道评估（CCA）值已从20μs减少到18μs，这将允许使用更多信道。这将减少频段中的拥塞，并允许更多设备有效地工作并且功耗更低。接收器阻塞要求也从-30 dBm降低到-35 dBm（条款5.3.7），以帮助提高频谱效率。

该标准也已经过调整，以删除一些已被证明是无关。例如，不再需要在带外频率的极端温度下进行测试，从而减少了测试时间和成本。

标准的其他变化包括澄清和附加措辞，以协助制造商和测试实验室在模块制造商的测试流程，尽管德州仪器等芯片制造商也在为使用硅片，固件和直接设计到产品中的高级软件的客户提供更快的认证流程。模块制造商也可以使用它来加速客户可以投入设计的预认证模块。

图3：利用TI参考设计中的固件和高级软件加快审批流程。

获取无线市场上的产品需要一系列涉及测试和文书工作的资格和认证，对于那些不熟悉该过程的人来说，这可能相对复杂和昂贵。无法通过芯片获得无线和监管标准下的认证，因此这归功于Laird Technologies和Taiyo Yuden等模块制造商，他们有责任确保模块符合EN标准。但模块制造商依赖于德州仪器，恩智浦和北欧半导体等公司设备的核心性能。

图4：Taiyo Yuden为Wi-Fi和蓝牙标准开发无线模块。

例如，Laird正在使用nRF52832系统来自Nordic的-on-Chip BL652模块。该模块已获得所有必要的无线认证和资格认证，包括蓝牙4.2，具有集成或可选的外部天线，并且在整个工业-40º至+85ºC工作温度范围内具有资格。

nRF52832是第一款使用64MHzARM®Cortex®-M4F处理器内核与512 kB闪存和64kB RAM相结合的设备，这是一种专有的2.4 GHz无线电，具有-96 dB RX灵敏度，5.5 mA峰值RX/TX电流，片上RF Balun以及近场通信（NFC）。 Laird实施了强大的安全性和加密（安全的128位AES，支持Diffe Hellman配对），因此可以轻松地用于工业和企业设计中的物联网应用。

“对于不熟悉RF技术或希望快速推出产品上市的公司和开发商来说，模块是一个很有价值的选择，”Nordic Semiconductor的销售总监Geir Langeland表示。营销。 “物联网将成长为包括许多可能没有任何射频设计背景或蓝牙低能耗无线技术的公司。通过使用诸如Laird BL652之类的模块，他们将能够访问最新的市场领先的无线技术，而无需采用陡峭的学习曲线，并且必然会涉及所有设计风险和时间。“

结论

物联网在工业和企业应用中的爆炸式增长正在推动人们更多地关注审批和认证流程。由于2.4 GHz和5 GHz ISM频段中的技术主导着物联网的增长，因此需要确保它们在不影响其他系统的情况下有效运行，这对于与新兴的物联网蜂窝标准竞争至关重要。 11月生效的ETSI EN标准的变化旨在进一步改进该认证过程，使模块和系统制造商的成本和成本降低，同时提高物联网中所有设备的性能。