Внешний вид модуля HL7800

Модуль беспроводной связи HL7800 компании Sierra Wireless

№ 2’2019
PDF версия
В статье приведена краткая информация о модуле беспроводной связи и позиционирования HL7800 компании Sierra Wireless, предназначенном для использования в системах «Интернета вещей» с низким энергопотреблением. Модуль поддерживает работу в сетях 4G (LTE) и с системами глобального позиционирования GPS и Glonass.

Канадская компания Sierra Wireless, основанная в 1993 году и специализировавшаяся на M2M-приложениях, в 2009 году объединилась с французской компанией Wavecom, которая являлась мировым лидером в производстве M2M (Machine to Machine) приложений. Технология M2M обеспечивает беспроводную связь между стационарными и мобильными устройствами благодаря использованию существующих сотовых сетей в любом сочетании и направлениях Machine-to-Mobile, Machine-to-Machine и Mobile-to-Mobile. После объединения компания выпускает продукцию под брендом Sierra Wireless Inc, а вся ее продукция выведена в отдельную линейку под брендом Wavecom.

В 2018 году компания выпустила модуль беспроводной связи и позиционирования HL7800, соответствующий стандарту LPWA (Low Power Wide Area) для «Интернета вещей». Устройства, удовлетворяющие этому стандарту, предназначены для работы в необслуживаемом режиме в течение длительного периода времени в отдаленных или труднодоступных местах. Основной особенностью таких устройств является низкое энергопотребление (low-power) и большой радиус действия (wide-area).

Модуль HL7800 для сетей Cat-M1/NB1 (Narrow Band — стандарт для узкополосных IoT-устройств) полностью совместим со стандартом 3GPP (международное объединение 3GPP3rd Generation Partnership Project) версии 13 выпуска 14, поддерживает функции NB2 и обеспечивает самое низкое энергопотребление среди устройств своего класса [1].

Модуль обеспечивает скорость обмена данными по нисходящему каналу до 300 кбит/с, а по восходящему — 375 кбит/с. Такая скорость обмена данными полностью удовлетворяет требованиям целого класса подключенных к сети устройств, которые попадают под категорию «Интернета вещей», а именно различных датчиков с низким расходованием энергии, не требующих высокой пропускной способности каналов связи.

Модуль HL7800 выпускается в форм-факторе CF3 и может работать в сетях 3G или 4G.

В таблице 1 представлена краткая информация об основных возможностях модуля HL7800.

Таблица 1. Основные возможности модуля HL7800

Общий форм-фактор

Компактный дизайн CF3 (общий форм-фактор) для перехода между технологиями и перспективными платформами продуктов

Глобальность

Покрытие по всему миру с помощью одного модуля с сертификацией для промышленности и мобильных сетей

Готовность к подключению

Встроенная SIM-карта, предварительно подключенная к глобальной сети Sierra Wireless, и унифицированная платформа управления устройствами

Обновления FOTA

Бесплатное встроенное ПО (FOTA — Free unlimited firmware Over-The-Air) для обновления по беспроводному каналу связи новых вариантов развертывания сети и обеспечения ее безопасности

Подключение к облаку

Безопасный сбор данных и удаленное управление развертыванием сети IoT с помощью интегрированных облачных сервисов AirVantage

Киберзащита

Предотвращение выполнения несанкционированного кода, чтобы обеспечить безопасность подключения

Очень низкое энергопотребление

Лучшие в своем классе параметры потребляемой мощности, продлевающие в 5–10 раз срок службы устройств, работающих от аккумулятора

Определение местоположения

Интегрированный приемник GNSS (Global Navigation Satellite Systems — глобальные навигационные спутниковые системы) обеспечивает отслеживание местоположения и услуги, основанные на определении этого параметра

TCP/IP-стек

Встроенный TCP/IP-стек для общения через Интернет

Программируемость

Основные и расширенные АТ-команды упрощают разработку приложений

Промышленное исполнение

Модуль проверен при жестких условиях эксплуатации и экстремальных температурах

VoLTE

Расширение функциональных возможностей приложений IoT путем передачи голосовых команд или вызовов

Основные технические характеристики модуля HL7800 [2]:

  • поддерживаемый стандарт 4G (LTE);
  • категории Cat-M1/NB1;
  • частотные полосы: B1, B2, B3, B4, B5, B8, B9, B10, B12, B13, B14, B17, B18, B19, B20, B25, B26, B27, B28, B66 (табл. 2);
  • максимальная скорость данных при приеме: 300 кбит/с;
  • максимальная скорость передачи данных: 375 кбит/с;
  • поддерживаемые системы глобального позиционирования: GPS и Glonass;
  • предварительно сертифицированная прошивка, безопасная загрузка;
  • поддерживаемые технологии передачи звуковых сообщений: Digital Audio и VoLTE;
  • системный драйвер Linux обеспечивает соответствие стандарту управления корпоративным контентом ECM (Enterprise content management), то есть системы электронного документооборота;
  • интерфейсы связи UART 1×8-wire, USB, восемь GPIO, индикатор передачи, SIM-карта 1,8 В/3 В, два АЦП;
  • встроенные часы реального времени;
  • максимальная мощность передатчика: 23 дБм;
  • диапазон рабочих температур: –40…+85 °C;
  • корпус LGA (CF3 форм-фактор);
  • габаритные размеры: 15×18×2,4 мм;
  • масса: 1,17 г.
Таблица 2. Полосы частот LTE с частотным разделением каналов FDD LTE

Номер полосы LTE

Частотный диапазон при передаче, МГц

Частотный диапазон при приеме, МГц

Поддержка сетей

Cat-M1 (HL7800 и HL7800-M)

Cat-NB1 (HL7800)

B1

1920–1980

2110–2170

+

*

B2

1850–1910

1930–1990

+

*

B3

1710–1785

1805–1880

+

*

B4

1710–1755

2110–2155

+

*

B5

824–849

869–894

+

*

B8

880–915

925–960

+

*

B9

1749,9–1784,9

1844,9–1879,9

*

*

B10

1710–1770

2110–2170

*

*

B12

698–716

728–746

+

*

B13

777–787

746–756

+

*

B14

788–798

758–768

+

*

B17

704–716

734–746

+

*

B18

815–830

860–875

+

*

B19

830–845

875–890

+

*

B20

832–862

791–821

+

*

B25

1850–1915

1930–1995

+

*

B26

814–849

859–894

+

*

B27

807–824

852–869

+

*

B28

703–748

758–803

+

*

B66

1710–1780

2110–2200

+

*

Примечание. *Предусматривается поддержка в следующих модификациях модуля.

Работу модуля поддерживают операторы: AT&T, KDDI, Sprint, Telstra, Vodafone. Планируемые по умолчанию операторы: docomo, LGU+, Rogers, T-Mobile, Verizon, Sierra Wireless. Встроенная SIM-карта (по заказу) позволяет осуществлять подключение к сети Sierra Wireless USIM. В модуле предусмотрена поддержка работы с облачными сервисами, бесплатное обновление ПО (FOTA upgrades), возможность управления подключением и устройством.

Структура модуля HL7800

Рис. 1. Структура модуля HL7800

Структура модуля приведена на рис. 1 [2], а внешний вид — на рис. 2.

Внешний вид модуля HL7800

Рис. 2. Внешний вид модуля HL7800

В состав модуля входят приемопередатчик, устройство управления многосторонней связью (УУМС), цифровой сигнальный процессор (ЦСП), узел обработки аналоговых сигналов (содержит два АЦП), узел периферийных устройств, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), FLASH-память, узел подключения SIM-карты, встроенные генераторы тактовой частоты 26 МГц и часов реального времени 32,768 кГц и приемопередающий фронтально-оконечный модуль (TX FEM).

Рассмотрим подробнее некоторые характеристики этого модуля.

Напряжение питания 3,2–4,35 В (типовое значение 3,7 В), максимальный ток потребления по цепи питания VBATT —300 мА, по цепи VBATT_PA — 400 мА. Для экономии энергии предусмотрено несколько режимов работы модуля. Характеристики этих режимов приведены в таблице 3.

Таблица 3. Характеристики модуля HL7800 в режимах низкого энергопотребления

Состояние модуля

Режим сохранения энергии

Конфигурация

Ток потребления, мкА

OFF

Выключен

модуль подключен к источнику питания VBATs и выключен AT-командой Off

3

PSM1 dormant

Спящий PSM1

модуль подключен к источнику питания VBATs в режиме гибернации PSM1

3

PSM1

Гибернация

Цикл длительностью 1 ч, T3324 = 20 с

150

Неполная гибернация

330

Гибернация

Цикл длительностью 24 ч, T3324 = 20 с

8

Неполная гибернация

185

eDRX2

Гибернация

eDRX-цикл = 20,48 с, PTW4 и DRX = 1,28 с

250

Неполная гибернация

460

Гибернация

eDRX-цикл = 81,92 с, PTW4 и DRX = 1,28 с

100

Неполная гибернация

310

DRX3

Спящий

1,28 с

3,4 мА

2,56 с

3,0 мА

Примечания.
1 PSM (Power Save Mode — режим сохранения энергии).
2 eDRX (Extended Discontinuous Reception — расширенный прерывистый прием).
3 DRX (Discontinuous Reception — прерывистый прием).
4 PTW (Paging Time Window — пейджинговое окно времени).

Иллюстрация энергопотребления модулем HL7800 в различных режимах работы приведена на рис. 3.

Зависимость тока потребления HL7800 от режима работы

Рис. 3. Зависимость тока потребления HL7800 от режима работы

HL7800 и HL7800-M поддерживают режим работы eDRX (Extended Discontinuous Reception — расширенный прерывистый прием), который является активным режимом «гибкого сна» и обеспечивает более длительную продолжительность сна и значительное снижение энергопотребления по сравнению с обычным DRX. Функция eDRX позволяет модулю контролировать не каждое пейджинговое событие (Paging Occasion — PO), а только те PO, которые относятся к окну PTW (Paging Transmission — пейджинговая передача), как показано на рис. 4. Цикл eDRX прерывается в каждый момент времени, который задается таймером сети TAU, и восстанавливается после ответа модуля. Затем цикл повторяется.

Прерывание профиля низкого энергопотребления eDRX периодическим событием TAU с длительностью цикла 81,92 с

Рис. 4. Прерывание профиля низкого энергопотребления eDRX периодическим событием TAU с длительностью цикла 81,92 с

Более подробную информацию о различных режимах работы с пониженным энергопотреблением можно найти в [2].

Для связи с клиентскими устройствами возможно использование трех различных вариантов подключения по интерфейсу UART: 8-, 4- и 2-проводное подключение, как показано на рис. 5.

Подключение клиентских устройств к модулю HL7800 с помощью 8-проводного интерфейса UART

Рис. 5. Подключение клиентских устройств к модулю HL7800 с помощью:
а) 8-проводного интерфейса UART;
б) 4-проводного интерфейса UART;
в) 2-проводного интерфейса UART

ВЧ-интерфейс модулей AirPrime HL7800 и HL7800-M позволяет передавать и принимать сигналы с помощью встроенной антенны. Рекомендуется подключать антенну через разъемы SMA, UFL (и подобные) с волновым сопротивлением 50 Ом. Коэффициент стоячей волны по напряжению (КСВН) 2,5:1 как при передаче, так и при приеме.

Максимальная выходная мощность передатчика AirPrime HL7800 и HL7800-M для всех диапазонов в нормальных условиях эксплуатации (+25 °C) не менее 21,5 и не более 24,5 дБм (типовое значение 23 дБм). Для индикации режима передачи на выводе С60 формируется сигнал TX_ON. Высокий уровень на этом выходе (1,8 В) соответствует режиму передачи.

Чувствительность приемника во всех полосах принимаемых сигналов для сетей Cat-M1 при ширине полосы принимаемого сигнала 5 МГц не хуже –103,5 дБм.

GPS-приемник AirPrime HL7800 и HL7800-M поддерживает прием сигналов GPS L1 ((1575,42 ±20) МГц) и сигналов GLONASS L1 FDMA (1597,5–1605,8 МГц). Приемник GPS использует те же радиочастотные узлы, что и приемник 4G. Поэтому рекомендуется применять модуль в тех приложениях, в которых положение объекта либо не изменяется, либо изменяется очень медленно. Чувствительность приемника GPS, время и ошибки позиционирования при различных условиях испытаний приведены в таблице 4.

Таблица 4. Характеристики модуля HL7800 в режиме приема сигналов GPS и Glonass

Параметр

Условия испытаний

Типовое значение

Чувствительность

Холодный старт

–146 дБм (TBC1)

Горячий старт

–152 дБм (TBC)

Слежение

–161 дБм (TBC)

TTFF2

Холодный старт, входная мощность –130 дБм

35 с (TBC)

Горячий старт, входная мощность –130 дБм

2 с (TBC)

Ошибка 2D-позиционирования

Входная мощность –130 дБм

2,5 м (TBC)

Примечания.
1 TBC (Trimble Business Center — геодезическая офисная программа, предоставляющая все существующие на сегодня возможности по обработке данных GNSS-измерений, автоматически преобразовывает данные GNSS-измерений в файлы соответствующего формата, а также позволяет импортировать данные через Интернет, что дает возможность за один шаг подгрузить в рабочий проект данные базовых станций, точные эфемериды и списки NGS).
2 TTFF (Time To First Fix — время первого определения местоположения).

Полное описание АТ-команд для модуля HL7800 можно найти в «Руководстве по интерфейсу AT-команд» [3], а ответы на различные вопросы по применению модуля в [2] и на форуме компании Sierra Wireless [4].

Литература
  1. sierrawireless.com/products-and-solutions/embedded-solutions/products/hl7800/
  2. media.digikey.com/pdf/Data%20Sheets/Sierra%20Wireless%20PDFs/AirPrime_HL7800_-M_Spec_Rev1.5_7-25-18.pdf
  3. source.sierrawireless.com/resources/airprime/software/airprime_hl78xx_at_commands_interface_guide/
  4. forum.sierrawireless.com/c/airprime-embedded-wireless-modules/hl-series

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.