现在是深入研究物联网的最佳时机。如今，IoT ，开发人员可以访问各种各样的云平台、嵌入式设备、传感器和连接选项，这足以导致分析瘫痪。无论您是开始 "数字化转型 "以提高运营效率和降低运营成本，还是围绕服务创建全新的业务模式，这项工作的基石都将是制定您的IoT 战略。成功的关键因素之一是来自边缘的连接。目前最流行的方法之一就是将蜂窝连接集成到IoT 应用程序中。
在过去的 15 年中，Digi Wireless Design Services已帮助数百家公司在其IoT 解决方案中成功实施了蜂窝连接。除了架构定义、设计和构建服务外，我们还提供教育研讨会，帮助企业快速启动开发流程。这些服务帮助企业专注于其核心竞争力并解决其业务问题，而 WDS 则可消除低效和设计难题，从而帮助企业加快产品上市时间。
在本文中，我们将具体介绍将蜂窝技术集成到应用程序中的一些技巧。
为什么要在IoT 设计中融入蜂窝技术？
以下是考虑采用蜂窝技术的一些重要原因：
- 安装蜂窝设备时，无需在客户的 Wi-Fi 网络上进行设置。
- 您的安装人员或客户的安装人员无需设置时间。您不必担心更改密码和信号强度。开箱即用。
- 蜂窝电话的选择比比皆是。与几年前相比，现在的连接费用要低得多。
- 蜂窝网络的传输距离长达数英里，而 Wi-Fi 网络的传输距离只有几英尺。蜂窝网络遍布全球。
Digi 有多种出色的选择，包括支持蜂窝和预认证的Digi XBee 模块，使产品能够快速、轻松地进入市场。即便如此，使用蜂窝技术设计产品也提出了必须考虑的新设计挑战。开发人员必须注意一些蜂窝技术特有的问题，尤其是接收器灵敏度较高的新技术。 如果在设计中没有考虑到这一点，您开发的设备就有可能出现连接中断，甚至根本无法连接的情况。这会导致设备无法通过认证，延误产品发布，扰乱业务计划。
您的客户需要无缝、轻松的设置体验。为了修复或更换有问题的设备和部件，您可能会派出服务车或通过快递发送更换件，从而毁掉利润。蜂窝技术具有众多优势，其中之一就是可以让您集成简单的设置以及支持服务质量的远程故障诊断和修复功能。
从细胞集成中汲取的经验教训
以下是 Digi WDS 团队成员汲取的一些经验教训，建议在开发新的蜂窝设备时加以考虑。
1.小心电磁干扰，在原理图和布局中减少电磁干扰
您在这方面所做的决定会影响应用的无线电实现和噪声过滤、处理器配置/绑定、时钟/振荡器、存储器配置/连接、外设配置/连接以及电源系统配置。
与原理图设计有关的一些 "注意事项"：
- 将天线与电源、处理器和开关稳压器隔离。
- 在可能的情况下，考虑使用 LDO 代替开关。
- 仔细规划 PCB 结构、堆叠和布线策略。毗邻每个信号层的连续接地或电源平面。
- 对于每个电缆或电线连接，确保过滤 PCB 上的所有进出点。
- 使用单一稳固的接地平面。除非绝对必要，否则不要创建单独的模拟/数字接地。
- 高速处理器去耦尤为重要。
- 作为预防措施，在处理器、调节器和开关设备上设置防护罩。如果测试表明不需要防护罩，则可从最终材料清单中省略。
- 考虑在布局前对原理图进行设计审查，在制作电路板前进行布局审查。
聘请外部专家对您的设计进行审查，可以及早发现问题，并在耗费宝贵的人力和物力之前将问题解决，从而节省时间和金钱。Digi 已经进行了数百次这样的工作，既作为内部开发流程，也作为客户开发自己设计的辅助工具。
2.仔细考虑天线设计
这一切都与天线有关。小型IoT 设备中的几乎所有部件都是天线系统的一部分，预先规划位置和考虑机械因素至关重要。金属和其他材料会使天线失谐、影响模式、降低效率或耦合和辐射，从而导致应用无法通过认证。
与天线设计相关的一些 "注意事项"：
- 审查天线的选择和与机械组件的集成。是否有足够的空间安装合适的天线，与是否能在现有空间内安装天线，都会对系统性能产生严重影响。尺寸越小，效率越低。
- 如果可能，进行天线性能模拟。模拟可以帮助指导机械设计过程，并在建造之前评估潜在的候选天线。
- 让天线远离噪音源，如开关调节器和微处理器，它们会导致接收器失敏。
- 让天线和射频传输远离电力网。
- 使用陶瓷天线时，应提供足够的地平面。天线评估板的地平面就是一个很好的参考。
- 尽量让电缆保持笔直。避免可能导致反射的扭结和急弯。
- 进行现场调谐测量，以验证原型设计每个阶段的性能，特别是最终配置的性能。调整天线，使其偏向发射频率而非接收频率。
有关天线设计的问题或支持，请联系Digi WDS。我们一直在为客户提供支持，帮助他们解决天线相关问题，确保他们的设计能够通过认证。
3.在开发周期中增加接收器灵敏度测试
进行接收机灵敏度测试（包括中间信道），以确定干扰特征，并与 CTIA 和运营商的要求进行比较。如前所述，过大的噪声会使接收机脱敏，严重降低其性能。Cat-M 和 NB-IoT 无线电尤其如此，因为它们的灵敏度比其他 LTE 无线电更高。例如，考虑到固定设备部署在建筑物内或蜂窝信号可能较弱的农村地区。性能不佳的接收器可能会导致连接失败。
与灵敏度相关的一些 "注意事项"：
- 如上所述，设计时要注意电磁干扰。
- 在每个原型设计阶段进行预扫描测试，以衡量使用蜂窝电话盒的性能。在消声室中进行测试。
- 根据需要进行现场光谱分析，以确定干扰排放源。
Digi 过去曾帮助许多客户识别并纠正与接收器灵敏度有关的问题。我们自己也进行过数百次蜂窝设计，因此可以成为您值得信赖的顾问，帮助指导您完成整个解决过程。
4.设计最佳发射功率
发射功率直接关系到您的设备能否被网络听到。如果输出功率过低，就会影响设备回话或启动连接的能力，或者在传输过程中出现高噪音时无法辨别。与接收器灵敏度一样，每个运营商都有自己的要求，您的设备必须满足这些要求才能获准在其网络上使用。
与发射功率有关的一些 "注意事项"：
- 如前所述，请将天线调整到有利于发射的频率。正确的接收固然重要，但发射性能不佳会直接影响设备的收听能力。
- 进行发射功率测试，验证设计是否符合规范。
- 同样，在每个原型设计阶段都要进行预扫描测试，以便及早发现问题。
总之
在IoT 设备中设计蜂窝网络时，必须考虑几个因素。Digi 了解您的业务可能并不局限于蜂窝设备的工程设计。因此，Digi无线设计服务可帮助您加快产品上市时间，同时降低风险。请立即联系我们，获取风险评估并支持您成功部署IoT ！