Подписка на новости

Опрос

Нужно ли ввести комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

2011 №4

GSM/GPRS- и 3G-модемы от компании u-blox

Мишуков Роман


Швейцарская компания u-blox, известная как разработчик чипсетов и модулей GPS-приемников, расширила свой ассортимент и в настоящее время представляет на рынке электронных компонентов линию модемов беспроводной связи поколений 2G и 3G. Статья посвящена описанию этих устройств связи.

GSM/GPRS-модули LEON-G100 и LEON-G200

В 2009 г. компанией u-blox были представлены GSM/GPRS-модемы серии LEON. По устоявшейся на сегодня классификации устройства такого рода принято относить к поколению 2G. Сети мобильной связи стандарта GSM в настоящее время являются, пожалуй, самыми распространенными в мире и имеют наибольшую зону покрытия, кроме того, в своем исходном виде они обеспечивают передачу данных со скоростью 9,6 кбит/с.

После реализации на базе GSM-сетей протокола GPRS (пакетная передача) скорости передачи данных в них возросли до 171,2 кбит/c (теоретический предел). Это позволило передавать значительные объемы информации практически в реальном масштабе времени. GPRS по принципу работы аналогична Интернету: данные разбиваются на пакеты и отправляются получателю (необязательно одним и тем же маршрутом), где и происходит их сборка. Именно благодаря этому стал возможным мобильный доступ в Интернет с приемлемой скоростью передачи данных, быстрым соединением и тарификацией по количеству переданных/полученных данных, а не по времени использования канала связи.

С введением GPRS-протокола передачи данных GSM-модули нашли самое широкое применение в различных областях, где требуется передача данных сколько-нибудь значительного объема: платежные терминалы, системы контроля качества связи, системы безопасности и т. д. Но, пожалуй, наиболее массово GSM/GPRS-модули используются в приборах мониторинга подвижных объектов, в которых сейчас GPS/ГЛОНАСС-технологии играют определяющую роль.

В связи с этим решение о выпуске компанией u-blox серии GSM-модулей, оптимизированных именно под решение навигационных задач, выглядит вполне естественно. В серию вошли модули LEON-G100 и LEON-G200 (рис. 1). Внешне это два совершенно одинаковых изделия в корпусах под SMT-монтаж. Различия между ними следующие:

  • в LEON-G200 присутствуют цифровой аудиоканал (вход/выход), менеджер заряда внешней батареи и возможность обновления встроенного программного обеспечения (firmware) по эфиру;
  • в LEON-G100 есть АЦП.
Внешний вид GSM-модуля серии LEON

Рис. 1. Внешний вид GSM-модуля серии LEON

В таблице 1 указаны характеристики GSM-модулей LEON, а также новых 3G-модулей серии LISA. Судя по приведенным данным (габаритные размеры, ток потребления, менеджер заряда внешней батареи), модемы серии LEON являются продуктами, соответствующими современным требованиям к такого рода изделиям.

Таблица 1. Технические характеристики GSM- и UMTS-модулей компании u-blox

Характеристика Поколение 2G Поколение 3G
  LEON-G100 LEON-G200 LISA-H110 LISA-U110 LISA-U130
Габариты, мм 29,5×18,9×2,8 33,2×22,4×2,7
Масса, г <5 <9
Напряжение питания, В 3,35–4,2 3,4–4,2
Ток потребления
Выключен, мкА <90 <90
Ждущий режим, мА <1,6 <2
GSM (аудио, 900 МГц), мА <300 нет нет <250
UMTC (аудио) нет нет <240
GPRS, мА <410(class 10) <560(class 12)
EDGE, мА <460
HSUPA, мА <720
HSDPA, мА <670
Аудиоканал
Аналоговый двухканальный двухканальный нет нет одноканальный
Цифровой нет одноканальный нет нет одноканальный
Интерфейс
UART 1 1 1 1 1
USB нет 1 1 1
GPIO 2 2 5 5 5
SPI нет 1 1 1
ADC (АЦП) 1 нет
DDC (I2C) — для работы с GPS-модулем 1 1 1 1 1
SIM-карта (количество и рабочее напряжение) 1 (1,8 или 3 В)
Протоколы обмена
TCIP/IP, UDP/IP (внутренний стек) есть
FTP, HTTP, SMTP есть
Доступ (совместная работа) с u-blox GPS есть
Firmware AssistNow для быстрого старта GPS есть

Наличие в модеме LEON-G200 менеджера заряда внешней литиевой батареи позволяет разработчику оптимизировать схемотехнику конечного продукта. Модули серии LEON предусматривают использование SIM-карт как «нового» (напряжение питания 3 В), так и «старого» (напряжение питания 1,8 В) стандартов.

Сочетая широкие функциональные возможности с миниатюрными размерами и простотой применения, модули серии LEON подходят для любых М2М-приложений, не требующих поддержки протоколов высокоскоростной передачи данных. Главная их особенность — возможность работы по специальным, «фирменным» АТ-командам, организующим совместную работу приемника GPS производства компании u-blox и GSM/GPRS-модулей LEON. Посредством этих команд можно проводить подключение GPS-приемника к GSM/GPRS-модему (осуществляется по DDC (I2C) порту), считывать временные и навигационные данные в формате протокола NMEA, а также реализовать режим A-GPS (быстрый старт при слабом сигнале или при первом включении). Все это делает модули данной серии устройствами, максимально адаптированными для использования в системах мониторинга транспорта.

В конце 2010 г. u-blox презентовала новую модификацию GSM/GPRS модуля LEON-G100 Automotive. Уже само название говорит о том, что модуль специализирован для различных автоприменений. Именно поэтому он сертифицирован фирмой-изготовителем на соответствие международному стандарту ISO 16750 («Дорожный транспорт. Условия окружающей среды и испытания электрического и электронного оборудования»). Данный стандарт является весьма серьезным документом и предусматривает тестирование автомобильного электронного оборудования на предмет стойкости к электрическим, механическим, климатическим (температура, влажность) и химическим нагрузкам.

Кроме того, модем LEON-G100 Automotive подготовлен для использования в системе е-Call (проект Еврокомиссии, направленный на снижение смертности от ДТП посредством ускорения прибытия помощи). Предполагается, что на всех автомобилях будут установлены специальные электронные блоки для передачи в автоматическом режиме координат попавшей в аварию машины службам спасения. Сейчас европейский проект находится в стадии эксперимента, но многие автоконцерны уже подтвердили готовность оснащать свои машины электроникой для е-Call, и в ближайшие годы все без исключения новые автомобили должны будут иметь такую сигнализацию. Полномасштабное развертывание системы запланировано на 2014 г.

3G-модули серии LISA

Предел того, что можно было реализовать на скорости передачи данных в стандарте GPRS (теоретический максимум 171,2 кбит/с), уже достигнут. Следующая ступень эволюции — модули более «высокого» стандарта мобильной связи: это, прежде всего, технология UMTC, реализующая высокоскоростные (относительно GPRS) протоколы передачи данных HSUPA и HSDPA. Эти стандарты, по неофициальной классификации, относят к поколению 3G (the third generation).

Компания u-blox в конце 2010 г. выпустила модельный ряд UMTS-модулей серии LISA (рис. 2). Весь перечень этих изделий с указанием основных особенностей каждой модели приведен в таблице 2. Протокол HSDPA (протокол передачи данных в системах связи UMTC) в теории обеспечивает пропускную способность при передаче данных до 14,4 Мбит/с в направлении «базовая станция–клиент». Практически же достижимая скорость в существующих сетях обычно не превышает 7,2 Мбит/с. Протокол HSUPA рассчитан на максимальную скорость передачи данных от абонента до 5,7 Мбит/с, позволяя, таким образом, использовать приложения третьего поколения, требующие обработки огромных потоков данных от мобильного устройства к базовой станции, например видеоконференцсвязь.

Таблица 2. Модельный ряд 3G-модемов компании u-blox

Наименование HSUPA, Мбит/c HSDPA, Мбит/c UMTS/HSPA, МГц GPRS/EDGE UART SPI USB DDC для u-blox GPS Конфигурируемые АТ-командами выводы Аудио («аналог») Аудио («цифра») Индикация сети Антенна (обнаружение, КЗ, ХХ) Встроенный TCP/IP-стек FTP, HTTP, SMTP SSL Связь с GPS-модулем Assist GPS Обновление FW через порт Обновление по эфиру
LISA-H100   3,6 850/1900 * 1 1 1 1 5     * * * * * * * *  
LISA-H110   3,6 900/2100 * 1 1 1 1 5     * * * * * * * *  
LISA-U100 5,6 7,2 850/1900 * 1 1 1 1 5     * * * * * * * * По запросу
LISA-U110 5,6 7,2 900/2100 * 1 1 1 1 5     * * * * * * * *
LISA-U120 5,6 7,2 850/1900 * 1 1 1 1 5 * * * * * * * * * *
LISA-U130 5,6 7,2 900/2100 * 1 1 1 1 5 * * * * * * * * * *


Внешний вид UMTS-модуля серии LISA

Рис. 2. Внешний вид UMTS-модуля серии LISA

Модули H-группы предназначены только для передачи данных. В направлении «база–абонент» максимальная скорость 3,6 Мбит/с, а в обратном направлении скорость составляет значение, обеспечиваемое EDGE-протоколом.

Модули U-группы, помимо передачи данных, позволяют организовать голосовую связь. Высокие скорости в обоих направлениях предоставляют потребителю более широкие возможности для построения беспроводной связи. Само собой разумеется, что, помимо цифровых протоколов третьего поколения, модули серии LISA поддерживают GPRS/EDGE-режимы работы в полном объеме.

Один из основных принципов технической политики u-blox — унификация и преемственность производимых продуктов. Например, выводы модулей серии LISA сконфигурированы таким образом, что обеспечивают возможность производства печатных плат, допускающих на них размещение как модуля LISA, так и модуля из серии LEON (рис. 3). Таким образом, конструктор имеет «свободу маневра» при проектировании.

Пример унификации выводов модулей

Рис. 3. Пример унификации выводов модулей

Набор АТ-команд, предоставляемых производителем для управления модемами, одинаково подходит для модулей обеих серий. Возможность работы совместно с GPS-модулем производства компании u-blox (считывание NMEA-сообщений, режим Asist GPS) также предусмотрена и на модулях LISA.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Беспроводные технологии PDF


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке