上一篇重点介绍了纵行科技研发的Advanced M-FSK调制技术的需求来源,基本原理和帧结构,得到了众网友的认可,意犹未尽,本文继续介绍Advanced M-FSK的一些重要理念。总结一句话:Advanced M-FSK是5G在LPWAN的领域延申,是LPWAN领域的“5G”。5G实现了移动宽带领域的更高速率,Advanced M-FSK则实现了LPWAN领域的更广覆盖。与LoRa技术相比,具有更好的扩展性,可以接近兆级别的速率,极大的扩展了ZETA LPWAN的应用场景。
注:以上表格传输宽带为120kHz
这里再简单的回顾Advanced M-FSK的调制技术,如下表所示:
Advanced M-FSK调制技术参数包括:传输频域总带宽BW(不含保护带宽)、频点间隔SCS(SubCarrier space)、信道编码速率CR(Code Rate)。由频点间隔SCS和传输总带宽BW得到频域因子(根据载波频点数所能传输的比特数);为了保证频点间正交,符号时长至少为。根据频域因子、信道编码速率、传输频域总带宽和符号时长确定频谱效率和比特速率,具体推导过程为:
频率因子:
比特速率:
频谱效率:
Advanced M-FSK中的参数SCS把Advanced M-FSK和5G联系起来了。
Advanced M-FSK是5G在LPWAN领域的延申,是LPWAN领域的“5G”
在5G 领域,随着带宽增加,时延需求提高,以及频带不断向上扩展从sub 3GHz扩展到sub 6GHz到毫米波。引入了可扩展的(Scalable)载波间隔参数,以适应各种场景。
其中支持表格如下,可以看出,SCS是随着传输速率增加而不断变大:
LPWAN应用场景以低频触发低速率应用为主,如抄表,标签信息等,数据量少要求覆盖远为主,所以Advanced M-FSK主要考虑覆盖远的要求,频带以sub 1GHz为主。假设传输带宽以120kHz为例,随着SCS变小,速率更小,同样可以获得更远的覆盖:
如上所述,5G的SCS通过2的幂次增长,不断获得更高的速率;而Advanced M-FSK则通过2的幂次负增长,不断的获得更远的覆盖。
下面用一张图形象的表达Advanced M-FSK与5G在不同方向与维度的比较,可以看出为了追求极高的速率和极致的覆盖,他们是向相反的方向走的:
总结表格如下:
综上所述,5G通过SCS实现高带宽下的高速率,ZETA Advanced M-FSK则通过SCS实现窄带宽的广覆盖,因此Advanced M-FSK是5G在LPWAN领域(即低速率和广覆盖)的补充和扩展,Advanced M-FSK是LPWAN领域的5G。
Advanced M-FSK相比LoRa具有更高频谱效率,同等带宽下速率更高
Advanced M-FSK在能量效率基础上,同样可以不断的增加频谱效率,从而增加速率,提升Advanced M-FSK场景应用范围。
Advanced M-FSK相比LoRa频域因子K具有更大的灵活性。Advanced M-FSK与5G类似,为了提升速率,增大频点间隔SCS,即使频域因子K变小。
LoRa的技术也是通过改变时域SF和带宽两个参数,选择合适的速率。如果带宽一定,选择SF越小,则速率越大,理论上选择SF=1,速率最高。但实际应用中,市场上并未出现支持SF=1的产品,SF至少要大于等于6,实际上原因是CSS信号在SF=1的情况下并不容易发送,即在短时间内发送完整的CSS信号很困难。而Advanced M-FSK对频域因子没有限制,所以Advanced M-FSK具有更好的扩展性。
Advanced M-FSK相比LoRa具有相位调制功能。Advanced M-FSK与5G类似,可以通过增加相位调制增加频谱效率。5G是QAM调制,即在幅度和相位上同时调制信息;Advanced M-FSK为了保证能量效率,只进行相位的调制。而LoRa是无法调制相位的,即如表1所示,LoRa只能发送CSS信号,此信号并没有任何其他调制信息,所以无法额外发送比特。下图是相位调制示意图,8PSK每个符号可以额外发送3比特。
下表示意不同带宽通过增加相位调制获得速率:
从以上描述可以看出,Advanced M-FSK相比LoRa具有更高的频谱效率,在带宽上更容易扩展,可以在相位上调制信息。使Advanced M-FSK相比LoRa在sub 1GHz有限带宽内能满足对数据量要求更高的应用场景。如果在非授权更高频段内(比如2.4/5GHz),在保证终端的能量效率内,能满足兆级别数据的传输,因此可以应用到更广的工业场景中。
总结