CC BY
14Серия высокоскоростных 3G/4G-модемов AirPrime MC
в конструктиве PCI Express Mini Cards
Виктор АЛЕКСЕЕВ
Канадская фирма Sierra wireless выпускает широкий спектр модулей и модемов для высокоскоростных мобильных сетей. Особое место в номенклатуре продукции занимают модемы серии AirPrime MC, которые могут принимать данные от базовой станции со скоростью до 42 Мбит/с в сетях 3G и до 100 Мбит/с в LTE.
Серия AirPrime MC Series — законченные, полностью готовые к работе устройства для мобильной связи в сетях 3G/4G, выполненные в стандартном конструктиве PCI Express (PCIe) Mini Cards с поддержкой интерфейса USB 2.0. Основная отличительная черта устройств этой серии — форм-фактор Mini Cards (MC).
Особенности стандарта PCIe
Стандарт PCI Express разрабатывался в рамках проекта PCI Special Interest Group [18]. В нем сохранены такие важные параметры шины PCI, как программная модель и высокопроизводительный физический
Таблица 1. Выводы карт стандарта Mini PCIe
№ вывода Назначение № вывода Назначение
51 52 +3,3 В
49 50 GND
47 Зарезервировано 48 +1,5 В
45 46 LED_WPAN#
43 44 LED_WLAN#
41 Зарезервировано (+3,3 В) 42 LED_WWAN#
39 40 GND
37 Зарезервировано (GND) 38 USB_D+
35 GND 36 USB_D-
33 PETpO 34 GND
31 PETnO 32 SMB_DATA
29 GND 30 SMB_CLK
27 GND 28 +1,5 В
25 PERpO 26 GND
23 PERnO 24 +3,3 В aux
21 GND 22 PERST#
19 Зарезервировано (UIM_C4) 20 W_DISABLE#
17 Зарезервировано (UIM_C8) 18 GND
| Перегородка Перегородка |
15 GND 16 UIM_VPP
13 REFCLK+ 14 UIM_RESET
11 REFCLK- 12 UIM_CLK
9 GND 10 UIM_DATA
7 CLKREQ# 8 UIM_PWR
5 Зарезервировано (COEX2) 6 1,5 В
3 Зарезервировано (COEX1) 4 GND
1 WAKE# 2 3,3 В
протокол, использующий последовательный интерфейс передачи данных. Особое внимание в этом стандарте уделяется скорости передачи данных.
Все модули, изготовленные в конструктиве PCIe, имеют одинаковый размер: 30x50,95 мм. Существует два вида Mini Card: Full-Mini Card и Half-Mini Card. Стандартом PCI Express Full-Mini Card жестко регламентируются длина, ширина и параметры интерфейсного разъема (рис. 1). Толщина модуля может варьироваться для каждой модели.
На контактный разъем 52 (рис. 1) выведены шины x 1 PCIe, USB 2.0 и SMBus. В таблице 1 приведены названия и параметры сигналов этого интерфейса.
Основные контакты, показанные в таблице 1, одинаковы для всех изделий стандарта PCIe [1]. Неподключенные выводы различные производители могут использовать по своему усмотрению. Так, например, в модулях серии AirPrime MC свободные выводы 45, 47, 49, 51 использованы для сигналов четырехпроводного UART. В то же время
О
С)
-Н 8,25 |-»
Нижняя сторона платы
ШЖ1
- Pin 52
111
13,6
Обе стороны платы
Обе стороны платы
[Ж1К-
\
— 25,7 -
0,1 (М)| A. I В I О I
- 2*2,15
А
^-2x0,8 max
2x3,2 min
Рис. 1. Габаритные размеры платы, регламентированные стандартом PCI Express Full-Mini Card
в варианте с поддержкой PCM эти выводы можно использовать для сигналов CLK/I2S, DOUT/I2S, DIN/I2S.
Стандарт PCI Express Mini Card поддерживает две основные системные шины: PCI Express и USB (рис. 2).
Существуют три спецификации PCI Express Mini Cards (PCIe), обеспечивающие различную пропускную способность:
• v1.x — 250 Mбит/с;
• v2.x — 500 Mбит/с;
• v3.0 — 1 Гбит/с.
Высокие скорости передачи данных возможны благодаря архитектуре стандарта, в котором используется пакетная сеть с топологией «звезда». Различные карты PCIe напрямую связаны соединением «точка-точка» с коммутатором. Таких линий может быть несколько. По существу, шина PCI Express представляет собой совокупность независимых последовательных каналов передачи данных с сигнальным уровнем 0,8 В.
В основе PCI Express заложен принцип независимых протоколов, каждый из которых может быть модернизирован независимо от остальных. Гибкость этого решения позволяет создавать различные топологические схемы с различными параметрами передачи данных.
В базовой спецификации v1.2 заложены такие важные функции, как:
• создание виртуальных каналов;
• гарантированная пропускная полоса и время отклика;
• контроль качества передачи данных QoS (Quality of Service);
• контроль целостности передаваемых данных (CRC);
• удаленное управление питанием;
• возможность «горячей» замены карт. Перечисленные функции сохранены
и в последующих спецификациях.
характеристики модемов серии AirPrime MC
Конструктив PCI Express Mini Card позволяет легко интегрировать модули серии AirPrime MC в любые устройства, имеющие
Рис. 3. Модули AirPrime MC
можно легко интегрировать в любые устройства,
имеющие слот PCI Express Mini Card
Обязательные интерфейсы PCI Express Внешние •а—проводные модемы
Интерфейс USB Базовые интерфейсы стандарта PCI Express Mini Card Пользовательские вводы/выводы ■л—Ethernet Внешние •а—беспроводные устройства
Выводы индикаторных свегсщисщов
Рис. 2. Интерфейсы, поддерживаемые стандартом PCI Express Mini Card
этот слот, такие, например, как различные одноплатные компьютеры, планшеты и ноутбуки (рис. 3).
Стандарты передачи данных
В серии AirPrime MC представлены модемы, поддерживающие все существующие стандарты передачи данных в мобильных сетях: GPRS, EDGE, EV-DO, HSDPA, HSPA+, Dual-Cell HSDPA, HSUPA, LTE. Различные модели отличаются друг от друга стандартом сотовой связи, частотным диапазоном, наличием GNSS-приемника, дополнительными сервисными функциями. В настоящее время в серии выпускаются две основные группы модемов, предназначенные для сетей 3G (HSPA) и 4G (LTE).
Модемы с поддержкой HSPA — это четыре базовых семейства: MC809x MC9090 MC870x,
MC8805. Модемы MC5728V предназначены для работы с сетями EV-DO Rev A, 1xRTT, 800/1900 МГц. Сети DC-HSPA+ поддерживаются семейством модемов MC8805.
Технические характеристики модемов для сетей 3G приведены в таблице 2. Однако не указаны данные для моделей МС8700 и МС879х, поскольку базовые чипы этих модемов устарели, и их не рекомендуется использовать в новых разработках. Отметим лишь, что в том случае, когда не нужны аналоговый аудиоинтерфейс и АЦП, в новых изделиях вместо МС879х следует использовать модемы MC8090/MC8092. Модель МС8700 лучше всего заменить на МС8704/05.
Общими для всех моделей с поддержкой EV-DO и HSPA+ являются: наличие функций эхоподавления и отключения основного радиоканала; интерфейс USB 2.0 High
Таблица 2. Параметры модемов AirPrime MC с поддержкой EV-DO и HSPA+
Параметр MC5728V MC9090 MC809x MC870x MC8805
Стандарт беспроводной связи EV-DO Rev A, IxRTT HSPA+, GSM/ GPRS/EDGE, EV-DO Rev A, IxRTT HSPA+, GSM/GPRS/EDGE DC-HSPA+, HSPA+, GSM/GPRS
Скорость передачи Download Rate 3,1 HSPA+: 14,4 EVDO: 3,1 14,4 21,1 42
данных, Мбит Upload Rate 1,8 HSPA+: 5,76 EVDO: 1,8 5,76 I
Диапазон частот WCDMA, МГц 850/900/1900/2100; для MC8090: 800/850/1900/2100; для MC8092: 900/2100 2100 (B1), 1900 (B2), 850 (B5), 900 (B8)
Диапазон частот CDMA, МГц, 1xRTT/EV-DO Rev A 800/1900
Диапазон частот GSM/GPRS/EDGE, МГц 850/900/1800/1900
Сертификаты соответствия FCC, IC FCC, IC, PTCRB, NCC MC8090: FCC, IC, PTCRB; MC8092: CE, GCF-CC CE, FCC, IC, NCC, PTCRB, GCF-CC CE, GCF, NCC
Аудиоинтерфейс Аналоговый 1 выход динамика, 1 вход микрофона
Цифровой PCM PCM-модификация MC8704: I2S
Кодек HR, FR, EFR, AMR MC8704: AMR-NB, GSM-EFR, GSM-FR, GSM-HR, GSM CTM
UART 1x8-Wire (UART-модификация) 1x4-Wire (UART-модификация)
Базовое напряжение Vref, В 2,6 1,8
Пользовательские вводы/выводы GPIO 4 5
Антенный разъем U.FL 2 3 3 2 2
GNSS Standalone, gps OneTM Standalone, A-GPS, gps XTRA Standalone, A-GPS, gps XTRA, Glonass
Интерфейсы внешнего управления AT-команды, CnS AT-команды, Gobi API
Габаритные размеры, мм 51x30x4,5 51x30x2,7 I
Диапазон рабочих температур, °C -30...+75 -40...+85 -25...+75
Таблица 3. Параметры модемов AirPrime MC с поддержкой LTE
араметр MC7354 MC7350 MC7330 MC730x MC77xx
Стандарт беспроводной связи LTE, DC-HSPA+, HSPA+, HSDPA, HSUPA, WCDMA, GSM, GPRS, EDGE, CDMA EVDO Release 0, EVDO Release A (не поддерживается в модели MC7350-L) LTE, DC-HSPA+, HSPA+, HSDPA, HSUPA, WCDMA, GSM, GPRS, EDGE LTE, HSPA+, GSM/GPRS/ EDGE, EV-DO Rev A, 1xRTT (в MC775Ö)
Скорость передачи Download Rate LTE: 100; HSPA+: 42; CDMA: 3,1 1ÖÖ
данных, Мбит/с Upload Rate LTE: 50; HSPA+: 5,6 5Ö
Диапазон частот LTE, МГц 19ÖÖ (B2), AWS 17ÖÖ/21ÖÖ (В4), 85Ö (B5), 7ÖÖ (B13), 7ÖÖ (B17), 19ÖÖ G Block (В25) AWS 17ÖÖ/21ÖÖ (B4), 7ÖÖ (B13), 19ÖÖ G Block (B25) (не поддерживается в модели MC735Ö-L) 21ÖÖ (B1), 85Ö (B19), 15ÖÖ(B21) 21ÖÖ (B1), 18ÖÖ (B3), 26ÖÖ (B7),9ÖÖ (B8), 8ÖÖ(B2Ö) MC77ÖÖ: 21ÖÖ (B1), AWS (B4), 7ÖÖ (B17); MC771Ö: 21ÖÖ (B1), 18ÖÖ (B3), 26ÖÖ (B7), 9ÖÖ (B8), 8ÖÖ (B2Ö); MC775Ö: 7ÖÖ (B13)
Диапазон частот WCDMA, МГц 21ÖÖ (B1), 19ÖÖ (В2), AWS 17ÖÖ/21ÖÖ (B4), 85Ö (B5) 21ÖÖ (B1), 85Ö (B5), 85Ö (B6), 85Ö (B19) 21ÖÖ (B1), 19ÖÖ (B2), 85Ö (B5), 9ÖÖ (B8) MC77ÖÖ: 21ÖÖ (B1), 19ÖÖ (B2), 85Ö (B5) MC771Ö: 21ÖÖ (B1), 9ÖÖ (B8)
Диапазон частот CDMA, МГц, 1xRTT/EV-DO Rev A Cellular 8ÖÖ (BCÖ), PCS 19ÖÖ (BC1), Secondary 8ÖÖ (BC1Ö) (не поддерживается в модели MC735Ö-L) MC775Ö: 8ÖÖ (BCÖ), 19ÖÖ (BC1)
Сертификаты соответствия FCC, NCC, IC JATE/TELEC, NCC CE, GCF, NCC MC77ÖÖ: FCC, IC, NCC, PTCRB, JATE/TELEC; MC771Ö: CE, GCF-CC, NCC; MC775Ö: FCC, IC, NCC
Цифровой аудиоинтерфейс PCM/I2S
Функция эхоподавления Да
Поддержка DTMF Да
USB USB 2.Ö High Speed USB 2.Ö
ГНСС Standalone, A-GPS, gps XTRA, Glonass Standalone, A-GPS, gps XTRA |
Габаритные размеры, мм 51x3öx2,7 51x3öx4,75
Диапазон рабочих температур, °C класс "B" -4Ö...+85 -25...+6Ö
класс "A" (3GPP compliant) -3Ö...+7Ö
Speed. Все модули имеют драйверы для ОС Windows 7/8/Mobile 6.5/CE 6.0, Android, Linux.
Для работы в сетях LTE выпускаются модемы MC7304/7305/7330/7350/7354/7355 (табл. 3).
Общими для всех моделей с поддержкой LTE являются: наличие функции MIMO, а также функций отключения основного радиоканала и приемника GNSS; возможность внешнего управления при помощи AT-команд и Gobi API; напряжение на вводах/выводах 1,8 В. Все модули имеют драйверы для ОС Windows 7/8/Mobile 6.5/CE 6.0, Android, Linux.
Практически все модели работают в диапазонах частот 850/900/1800/1900 МГц (GSM/GPRS/EDGE), исключение составляет MC7710 (900/1800/1900 МГц).
Следует обратить внимание на то, что модем MC7355 предназначен для эксплуатации в Северной Америке в сетях AT&T, Sprint, Verizon. Модель MC7330 разработана специально для эксплуатации в Японии в сетях NTT Docomo. А MC7305 может быть использован как в Европе, так и в Австралии, и в Африке. Список операторов сетей сотовой связи, поддерживающих LTE на территории РФ, приведен на сайте [3].
Практически все модемы могут работать в том стандарте, который поддерживается именно в данной географической точке. Если в этом месте нет сети 4G, модуль автоматически переключается в режим 3G. Если нет сети 3G, то модуль ищет сеть 2G и передает данные по каналам GPRS или EDGE.
Антенные разъемы
Все модули серии AirPrime МС имеют разъемы для подключения внешних антенн Hirose U.FL #CL331-0471-0-10. В зависимости от того, какие сети и ГНСС поддерживаются, разные модели имеют от одного до трех антенных разъемов. Во всех моделях есть Pin 52 — контактный стандартный разъ-
ем, который стыкуется с ответной частью разъемов, выпускаемых компаниями Tyco, Foxconn, Molex и др. Например, в отладочном комплекте Mini Card Dev Kit board использован разъем a Molex 67910-0001. В моделях с держателем SIM-карты установлены разъемы типа USIM ITT CCM03-3518.
Напряжение питания
Модули AirPrime MC спроектированы для работы с номинальным напряжением питания 3,3 В (допустимый диапазон 3-3,6 В). Исключение составляет модуль MC8201, у которого номинальное значение напряжения питания равно 3,8 В, а допустимый диапазон составляет 3,4-4,2 В. В модулях этой серии нет дополнительных стабилизаторов и фильтров напряжения питания. Поэтому внешнее напряжение питания должно быть стабилизированным и очищенным от пульсаций. Поэтому пульсации напряжения питания не должны превышать 200 мВ в размахе в диапазоне от 1 Гц до 100 кГц. В случае отклонения питающего напряжения от заданных параметров на время больше чем 10,5 с, модуль автоматически перезапускается. В этом случае хост-контроллер получает сообщение CnS notification (Return Radio Voltage — 0x0009) и вырабатывает управляющий сигнал. Контроль напряжения питания реализуется через вывод W_Disable#signal. Модуль будет находиться в выключенном состоянии, если на этом выводе низкий логический уровень. При автоматическом перезапуске на контакт W_Disable#signal подается последовательность импульсов длительностью 500 мс (для моделей MC8775/MC8775V это время составляет 50 мс).
В зависимости от напряжения питания возможны следующие режимы работы модулей: • «Отсоединен» (Disconnected): питание не подано, на всех блоках модуля напряжение равно нулю.
• «Выключен» (Off): питание подано, но модуль выключен по управляющему контакту (на контакте W_Disable# signal низкий логический уровень).
• «Нормальный режим работы» (Normal): полная функциональность модуля (Receive, Transmit, Sleep, Shutdown, USB).
• «Режим полета» (Airplane mode): модуль включен, но радиочастотная часть не работает (Rx, Tx отключены, AT+CFUN = 0).
температурный режим
В модулях этой серии реализованы также функции защиты от короткого замыкания и перегрева. Диапазон рабочих температур -40... + 85 °С (для модулей серий МС87хх, МС77хх он значительно шире: -25.. .+60 °С). При достижении критических температурных значений (+108 °С) модуль автоматически выключается.
особенности монтажа
Предусмотрено два способа монтажа модулей серии МС на плату. В одном случае модуль просто вставляется в слот PCIe. Если такого слота нет, установка на плату реализуется с помощью разъема AS0B226-S68K-7H и металлического фиксатора AS0B226-S68Q-7H. Установленный в разъем модуль жестко фиксируется защелками и не требует дополнительного крепления к плате.
Программная поддержка
Все модемы серии МС поддерживают комплект программного обеспечения (ПО) Sierra Wireless Watcher [2], которое позволяет в режиме реального времени контролировать такие параметры, как текущее состояние модема, статус соединения, уровень сигнала сети, а также информацию о роуминге. Программа предназначена для работы в ОС Windows Vista (32/64) / XP (32/64) / 7 (32/64), имеет простой и удобный интерфейс (рис. 4).
Рис. 4. Интерфейс программы Sierra Wireless Watcher
Одной из наиболее важных функций является возможность удаленного обновления ПО.
Версия Sierra Wireless Watcher 3.1 имеет GNSS-интерфейс, который позволяет работать с ГЛОНАСС- и GPS-протоколами. Программа может предоставлять текущую информацию о количестве и параметрах зарегистрированных спутников, а также навигационную информацию (координаты, скорость и т. д.). Предусмотрена возможность работы с электронными картами, что позволяет наблюдать объекты на карте местности в реальном масштабе времени.
Модемы серии AirPrime МС могут работать и без ПО Sierra Wireless. При использовании модемов с компьютерами, работающими под
управлением Windows 7 (и выше), поддерживается утилита Windows Mobile Broadband, которая позволяет подключать пользователя к Интернету в автоматическом режиме.
Заключение
Модемы серии Sierra Wireless AirPrime MC нашли широкое применение в таких областях, как:
• промышленные компьютеры;
• ноутбуки и планшетные компьютеры;
• М2М-приложения;
• платежные терминалы, банкоматы и торговые автоматы;
• аварийные системы;
• системы спутникового мониторинга. Среди оборудования серии AirPrime МС
разработчики смогут найти конкретную модель, необходимую для решения их конкретной задачи, — от самых простых и дешевых модулей серии MC87xx до моделей последнего поколения серии MC73xx с поддержкой LTE, GPS, ГЛОНАСС. ■
Литература
1. PCI Express Mini Card Electromechanical Specification Revision 1.2, PCI-SIG. www.pcisig.com
2. http://www.sierrawireless.com/Support. aspx
3. http://www.mforum.ru/news/article/ 100885.htm
Fibocom G510 — GSM/GPRS-модем
от лидера китайского рынка M2M
Компания Fibocom представляет недорогой и надежный GSM/GPRS-модем G510.
Невысокая цена, широкий набор интерфейсов, встроенный TCP/IP-стек и простой для пайки корпус позволяют использовать G510 для решения различных задач телематики и беспроводной передачи данных.
Модем сертифицирован по автомобильному стандарту ISO/TS 16949, что гарантирует высокое качество и безотказную работу. Основные технические характеристики:
• Работа в 2G-сетях по всему миру: GSM/GPRS
(850/900/1800/1900 МГц; Class 10).
• Низкое энергопотребление:
1 мА в режиме sleep.
• Встроенные стеки: TCP/UDP/FTP/HTTP/SMTP.
• Интерфейсы: 3xUART; GPIO;
2 канала Audio (mic + spkr); RTC.
• Доп. функции: DTMF; eCall; watchdog; echo/noise suppression.
• Компактный корпус: LCC-42; 20,2x22,2 мм.
• Рабочий температурный диапазон: -40...+85 °C.
GSM/GPRS-модем G510 отлично подходит для таких областей применения, как мониторинг транспортных средств, счетчики, системы охраны и телеметрия.
www.eltech.spb.ru
J
Sierra AirPrime • <
Л
Пропал сигнал?
С новыми LTE-модулями связь будет постоянной
Автоматическое переключение
между стандартами связи при пропадании сигнала
Передача данных LTE/HSPA+/EDGE/GPRS/GSM
Скорость передачи данных до 100 Мбит/с
Корпус miniPCI express
Поддержка ОС: Android/linux/Windows 7/3/хр
Наличие AirVantage - удаленное управление модемами
Встроенный GPS/Glonass
Официальный дистрибьютор Sierra Wireless с 2007 г
Москва
Теп.: (495) 234-77È4, доЬ. 2305
Никулина Наталья
E-mail: п nikulma® compel г«
Санкт-Петербург
Тел.: (612)327 9401 дой.425Э
Ь они ai: Алексей
E-mail: Ijoilcv.sph @ ccnt[tel.ru
Ф КолшэЛ
www.compei.ru
