本文转自微信公众号  IEEE电气电子工程师学会

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物联网网络与传统的通信网络不同。许多（尽管不是全部）物联网网络的特点是设备在大多数时间内通信很少，而只在需要于很短的时间内发送或接收相对大量的数据时才会突然行动起来。

由于上述原因，Leti（位于法国格勒诺布尔的信息技术实验室Laboratoire d’électronique des technologies de l’information）的研究人员开发了一种新的调制方案来改善物联网通信。而且，他们开发了一个系统，它将调制方案及其产生的波形与已有方案整合形成一个更有效的用于物联网设备的通信系统。该系统可节省电力，并确保物联网设备能在合理的范围内发送和接收信号。

“低功耗、广域方法取决于两个基本方面，”Leti智能对象通信实验室得负责人Vincent Berg说。“第一个方面是灵活性，第二个方面是低功耗、长距离。”

如果不耗费大量电力的话，它是很难提供远程信号（特别是数据量大的信号）的。这就是灵活性发挥作用的地方。

Berg解释说，Leti的系统允许设备根据当前的通信需求在三种不同的波形之间切换。

以一个含有指向房屋前门的智能摄像机的警报系统为例。绝大多数时候，该摄像机处于待机模式。只有在有人进入房子的少数时刻，或者是发生有人试图闯入的糟糕情况时，摄像机需要行动起来，拍摄几张照片或一段短片，然后在发出警报的同时处理数据、耗费传输功率将其发送。

理想情况下，智能相机可利用单载波频分复用（SCFDM）调制方案进行通信，这种调制方案可产生功耗相对较低而在数据速率上表现优异的波形。Berg说，Leti用25毫瓦的传输信号进行了现场试验。对于SCFDM，196.9千赫兹频率的波形能以每秒122.6kb的数据速率传播7.4千米，而525千赫兹的波形能以327 kb/s的数据速率传播3.6千米。

但是，在一个窃贼出现在门口试图闯入时，摄像机需要尽快发出警报、图片和视频。最好的方法是切换到另一个波形——正交频分复用（OFDM）波形，它能处理高得多的数据速率，其代价是极其高的和低效的功耗。当Leti在现场测试OFDM时，以25 mW传输的OFDM波形需要更高的频率，但并没有传播得多远。Berg表示，525-kHz的波形能以327kb/s的数据传输速度行进4.1 km；而1.18-MHz的波形仅能以1.47Mb/s的数据传输速度行进1.56 km。

不过，Leti的研究人员开发出了一种与前述都不同的调制方案——Turbo频移键控（FSK）。它假设摄像机需要用更高效的波形在噪杂的环境中通信。它产生的波形能以非常接近香农极限（即数据在噪音通道能达到的最大传输速率）的数据传输速率运行。对大量智能设备互相靠近地运行的环境来说，Turbo-FSK是一个理想的选择。事实上，在Leti对该方案进行测试时，25 mw的信号产生了65.6 kHz的波形，它以3.8 kb/s的传输速率传播了19.4 km，非常适合用于低水平背景通信。

Turbo码已经在无线通信中使用了十多年，大幅提高了给定传输功率下的数据速率。如今，它们是对线性调制的一种常见补充方案，用以提高效率。另一方面，频移键控是正交调制，它能在多个频率之间切换发送数据。

Berg说，Leti的Turbo-FSK并不是简单地将turbo码与传统的频移键控相结合。相反，它需要利用FSK的正交特性，使用一组比传统的turbo码实现效率更高的代码来提高效率。测试结果表明，相比于大多数Turbo码，Turbo-FSK实现了更长距离、更低环境敏感性的数据传输而没有多少损失。

Berg解释说，Leti开发的系统可以根据当时的理想条件以及单个设备自身的需求在三种波形间轻松切换。在算法上开发出波形后，Leti使用标准引脚栅格阵列平台上的可编程电路对其进行了验证。Leti现在正在寻找有兴趣开发新物联网设备集成芯片技术的合作伙伴。

Leti的系统如果成功，那么它将能提高物联网网络的效率和效益。无论如何，他们的研究证明了为这些很是不同的系统寻找新的通信方法的重要性。