Новые высокоскоростные LTE-модули компании SIMCom Wireless Solutions с поддержкой ГЛОНАСС/GPS

Высокоскоростные LTE-сети

Сети мобильной связи третьего поколения, использующие технологию WCDMA, подошли к своему пределу по скорости передачи данных. И развитие сетей нового поколения 4G (LTE) идет достаточно быстрыми темпами.

Стандарт UMTS Long Term Evolution (LTE, «долговременное развитие») — стандарт усовершенствованной технологии мобильной передачи данных CDMA, UMTS. В нем повышена скорость и эффективность передачи данных, а также возможна интеграция с уже существующими протоколами. За счет повышенной эффективности использования спектра и производительности максимальное значение скорости передачи данных может составлять 150 Мбит/с на загрузку из сети (downlink) и около 50 Мбит/с при загрузке в сеть (uplink). Главное отличие сетей 4G от 3G — использование новых методов модуляции с коммутацией пакетов FDMA (Frequency-Division Multiple Access).

В стандартах LTE используются методы доступа FDD (Frequency Division Duplex) и TDD (Time Division Duplex). В режиме TDD прием и передача сигнала происходят на одной частоте, но с разделением по времени. При этом разделение каналов по времени подразумевает передачу каждого бинарного потока строго в своем временнóм окне. В режиме FDD входящий и исходящий каналы реализованы на разных частотах. Метод FDD предусматривает передачу данных в парных участках спектра частот (paired spectrum), расположенных в «нижнем» и «верхнем» частотных диапазонах. Различие методов FDD и TDD иллюстрирует рис. 1.

Рис. 1. Схематическое изображение структуры формирования пакетов в методах FDD и TDD

TDD — технология построения сетей беспроводной связи на базе IP-технологий, отличающаяся высокими скоростями передачи данных. FDD обеспечивает большую эффективность и представляет более высокий потенциал использования устройств и инфраструктуры, тогда как TDD может выполнять роль хорошего дополнения, например для заполнения пробелов в сети.

Модули с поддержкой LTE производства SIMCom Wireless Solutions

Модули SIM7230E и SIM7250E изготовлены на базе чипсета Qualcomm MDM9225 и предназначены для работы в сетях 4G, 3G, 2G. При отсутствии покрытия сети 4G модемы автоматически переходят на работу в сети 3G (HSPA+) или 2G (EDGE, GPRS). Оба модуля выполнены в широко распространенном форм-факторе mini PCI Express, который позволяет легко интегрировать их в уже существующие устройства — различные одноплатные компьютеры и ноутбуки и т. д. Оба модуля поддерживают работу со спутниковыми навигационными системами ГЛОНАСС и GPS.

Модуль SIM7250Е поддерживает технологию CA (Carrier Aggregation), которая позволяет использовать одновременно более одной несущей для увеличения пропускной способности. Это позволяет модулю SIM7250E работать в сетях LTE-Advanced (LTE-A). Одним из основных требований, предъявляемых к LTE-A, является пропускная способность канала связи между базовой станцией и мобильным устройством — до 1 Гбит/с. В LTE-A предусмотрена поддержка пяти частотных каналов шириной 20 МГц (общая ширина канала 100 МГц).

Чтобы обеспечить обратную совместимость с LTE Rel.8, предусмотрена возможность настройки каждого канала по отдельности — как будто это обычный канал LTE Rel.8. Однако не обязательно, чтобы все выделяемые каналы занимали соседние частоты. Эти каналы могут находиться в различных частотных областях, что позволяет обеспечить дополнительную гибкость при использовании имеющихся у оператора частотных диапазонов.

Модуль SIM7230Е не поддерживает технологию CA. В остальном технические характеристики обоих модулей совпадают (табл. 1). Внешний вид модулей SIM7230E и SIM7250E показан на рис. 2.

Рис. 2. Внешний вид модулей SIM7230E и SIM7250E

Модули SIM7230E и SIM7250E имеют три высокочастотных разъема U.FL для подключения антенн: основная антенна (Main) GSM/WCDMA/LTE (Tx/Rx), разнесенная антенна (Diversity) WCDMA/LTE (Rx), GPS/GLONASS-антенна (Rx).

Вход Diversity есть у 3G- и LTE-модулей. Эта антенна нужна для предупреждения эффекта пространственного замирания сигнала, что позволяет добиваться наибольших скоростей передачи данных (при плохом уровне сигнала модуль переходит на работу в сетях более «низкой» технологии передачи данных). Радиосигнал сотовой связи во время распространения от источника к получателю может отражаться от различных препятствий. Вследствие многочисленных переотражений к получателю может прийти не одна, а сразу несколько копий исходного сигнала. При этом может получиться так, что сигнал и его копии придут в противофазе и тем самым погасят друг друга. Кроме того, во время передачи существуют различного рода помехи и искажения, а также сигнал претерпевает затухание. В итоге на приемной стороне энергия радиосигнала может оказаться ниже порога чувствительности приемника, что приведет к пропуску сигнала или ошибочному его приему. Этот эффект может проявляться в бетонных зданиях, где есть возможность переотражения прямого сигнала и его наложения на отраженную волну. Один из способов борьбы с обозначенными выше проблемами — использование нескольких копий сигнала на приемной стороне с применением его пространственного разнесения. С практической точки зрения, проще найти антенну на диапазоны (GSM/WCDMA/LTE) и применять ее и как Main, и как Diversity.

Модуль SIM7100E, изготовленный на базе чипсета Qualcomm MDM9215, предназначен для работы в тех же частотных диапазонах LTE/HSPA/UMTS/EDGE/GSM, что и модули SIM72x0 (табл. 1), и имеет встроенный ГНСС-приемник (GPS, ГЛОНАСС).

Модуль SIM7100E поддерживает обе технологии LTE и работает в частотных диапазонах TDD-LTE B38/B40, FDD-LTE B1/B3/B7/B8/B20. Совместное использование методов доступа FDD и TDD позволяет изменять пропускную способность и варианты организации связи. Достигается это за счет того, что парные полосы частот могут быть выделены для систем с частотным дуплексным разносом FDD, а непарные — для систем с временным дуплексным разносом TDD. Такие системы дают возможность оптимальным образом использовать отдельные преимущества каждой из систем: FDD позволяет увеличить скорость передачи данных «вверх», а TDD расширяет пропускную способность «вниз».

Рис. 3. Внешний вид модуля SIM7100E

Модуль выполнен в LCC-корпусе с контактными площадками, расположенными по периметру корпуса. Размеры модуля 30×30×2,9 мм. Внешний вид модуля SIM7100E показан на рис. 3.

Модуль SIM7100 аппаратно совместим с модулем SIM5360E, предназначенным для работы в сетях 3G. Однако при замене одного модуля на другой следует учитывать и некоторое несовпадение отдельных выводов. На рис. 4 показана разница в расположении контактов SIM5360 и SIM7100E. В таблице2 приведены различия в назначении контактов у этих модулей. Основные отличия заключаются в том, что в SIM7100E добавлено несколько контактов, не использованных ранее в модели SIM5360. Кроме того, выводы Main и Diversity поменялись местами.

Рис. 4. Расположение выводов модулей SIM7100E и SIM5360E

Аппаратная совместимость модулей SIM7100 и SIM5360E позволяет разработчикам с минимальными затратами и за минимальное время осуществить переход от продукции с поддержкой 3G к высокоскоростным изделиям, предназначенным для работы в сетях LTE.

Несмотря на различное количество контактов у модулей SIM5360 и SIM7100, можно не переделывать плату. Дополнительные контакты у модуля SIM7100 предназначены для реализации дополнительных возможностей — например, подключения Wi-Fi-чипа. Но при этом возможна интерференция на частотах LTE и Wi-Fi. Контакты 82, 83, 86 предназначены для реализации специальной технологии подавления взаимной интерференции на этих частотах (специальное решение компании Qualcomm).