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[导读]物联网(IoT)带动的庞大商机吸引各方业者积极投入,尤其是各种联网技术不断现身,争夺各式各样极富发展潜力的应用领域。

物联网(IoT)带动的庞大商机吸引各方业者积极投入,尤其是各种联网技术不断现身,争夺各式各样极富发展潜力的应用领域。

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 联发科技发表首款NB-IoT系统单芯片MT2625。

根据IDC的调查报告,物联网市场在2017年声势看涨,预估2017年全球物联网市场规模有机会挑战破兆,市场规模将超过9,300亿美元,较去年增加1,000亿美元。

3年后,预计市场将达到应用爆发期,规模更将翻倍成长至1.46兆美元。就物联网装置数量来看,IDC认为未来3年内,全球物联网装置总数将累积高达300亿个。这些装置的互连仰赖各种连网技术,而根据GSMA Industry Paper报告预测,2019年全球将有超过20亿部LPWAN装置联网。

低功耗广域网 技术多元纷呈

近年各种属于低功耗广域网(Low-Power Wide-Area Network;LPWAN)这个范畴的连网技术如雨后春笋冒出。不同于短距离通讯技术,LPWAN主要诉求于广范围、远距离连结的物联网应用。

相较于同样诉求远距离通讯的蜂巢式移动通讯系统,LPWAN更适于物与物连结的应用,主因就是前者的功耗大、成本高;后者则是低成本且低功耗,甚至可以实现数年免更换电池长效待机。基本上,根据采用的频谱有无授权,LPWAN技术可分为两类,一是工作于未授权频谱的技术,例如LoRa、SigFox等;另一是工作于授权频谱下的技术,例如NB-IoT、eMTC等。

NB-IoT推展快速 芯片出货量增加

由于工作于授权频谱,NB-IoT是全球各大电信公司力推的物联网通讯技术,据悉目前全球已有50余家电信业者已开始布局NB-IoT,2017年,全球NB-IoT市场价值预计将达到3.21亿美元,2022年将达82.21亿美元,年均复合成长率高达91.3%,NB-IoT芯片需求自然水涨船高,芯片业者的布局力道开始加强。

以推动NB-IoT最力的华为而言,该公司的首款商用NB-IoT芯片Boudica120(700MHz/800MHz/900MHz)于2017年6月底开始量产出货,至9月出货量已达到100万片。此外,支持1,800MHz/2,100MHz的Boudica 150则预计在第4季就可以提供大规模商用。

联发科技也已于日前发表首款 NB-IoT 系统单芯片MT2625,此芯片整合ARM Cortex-M 微控制器 (MCU)、虚拟静态随机存取内存 (PSRAM)、闪存与电源管理单元 (PMU)。

此外,联发科技表示,MT2625在MCU和PSRAM等零组件上皆导入联发科技的低功耗技术,因此能让物联网设备搭配免充电电池达到长时间待机,符合低功耗广域物联网的要求。MT2625支持国际标准3GPP NB-IoT(R13 NB1、R14 NB2)的450MHz至2.1GHz全频段运作,适用于全球各地的智能家居、物流跟踪、智能抄表等物联网应用。

联发科技并以此芯片与中国移动合作开发NB-IoT通用模块,此模块尺寸仅16mmX18mm,堪称业界最小。此模块整合中国移动eSIM 卡,可衔接中国移动的物联网开放平台OneNET,有助于降低NB-IoT开发门坎,帮助开发者快速打造物联网设备及相关应用。除华为及联发科技外,包括中兴微电子、Intel及Nordic皆已投入NB-IoT芯片的开发。

多模芯片方案 扩大适用范围

值得注意的是,为了涵盖更多应用,多家企业推出支持多种通讯技术的双模或多模芯片,例如,高通认为物联网多模是大势所趋,尤其是NB-IoT与eMTC这两项技术将相互补足。

因此高通推出可支持eMTC/NB-IoT/GSM的多模物联网芯片MDM9206。用户可透过软件进行动态连接选择,且整合的射频部分可支持15个LTE频段,基本上已能覆盖全球大部分区域。值得一提的是,高通也于日前发表支持eMTC与NB-IoT的Snapdragon Wear 1200移动平台,瞄准儿童、宠物、老人、以及健身追踪器等特定用途穿戴装置。

eMTC是Cat M1,而NB-IoT是Cat NB-1,两者都是授权频段下的LPWAN标准,且皆属于同一个LTE发展路线图,能在电信业者建置LTE时同时存在,而由于全球已大量建置4G LTE网络,因此搭建在此网络基础上的NB-IoT和eMTC得以快速获得支持。

eMTC和NB-IoT这两项标准是由3GPP在2016年6月颁布,主要就是为了要降低物联网系统的复杂度、减少成本和提高系统的续航力,这两个标准的特性各有不同,擅长的应用也有所区别。

其中,e-MTC的特性是移动性佳、数据速率较高及支持语音,可以应用于智能追踪、建筑安全等应用,不过在网络覆盖和功耗上就略逊于NB-IoT。NB-IoT的特性为低数据量、网络覆盖广、功耗低及建置灵活等,因此能够被广泛用于要求低功耗的应用,例如智能电表、智能水表等等。

LoRa及Sigfox芯片 授权策略不同

NB-IoT、eMTC因为工作于授权频谱,因此大受电信业者欢迎;工作于未授权频谱的技术,例如LoRa、SigFox等则有资通讯业者的拥护。其中,LoRa是“Long Range”的缩写,此技术原是由一家法国公司Cycleo所开发,该公司于2012年被Semtech公司收购,Semtech成为LoRa IP的拥有者。

现今Semtech除自己生产LoRa芯片之外,也授权LoRa IP给其他芯片业者,其他厂商通常是以MCU搭配Semtech的通讯芯片,或者是采用模块方式。例如,意法半导体(ST)已和Semtech合作,STSTM32搭配Semtech LoRa模块,进而制造出低功耗且广域传输的解决方案。

工作于未授权频谱的LPWAN技术中,最常拿来与LoRa相提并论的就是Sigfox技术。Sigfox工作在868MHz和902MHz的ISM频段,功耗极低,不过Sigfox的传输速率仅100bits/s,在传送最常12字节讯息时,封包大小仅为26字节,由于窄带宽和短讯息特性,加之其162dB的链路预算,因此Sigfox在远距离传输上较具优势。

与LoRa不同,其他业者毋需获得授权就能生产Sigfox芯片,在此方面,ST也已提供一款可运作于sub-1GHz频带的射频收发器芯片S2-LP。事实上,Sigfox采用免费专利授权策略,已吸引了许多业者加入生态系统,包括71家设备制造商、49个物联网平台供货商、8家芯片厂家、15家模块厂家、30家软件和设计服务商等。

这8家芯片供货商包括德州仪器(TI)、意法半导体(ST)、芯科(Silicon Labs)、安森美(On-Semi)、恩智浦(NXP)、Ethertronics、Microchip与云创通讯(M2Comm)等。

其中,云创通讯表示该公司针对Sigfox标准所开发的无线通信芯片Uplynx已经在欧洲、美洲、中东以及亚洲通过Sigfox认证,这表示单一设计的物联网产品可于全球通用。

押宝何项技术 芯片业者费思量

除上述提到的LPWAN技术外,其他还有许多技术也正在积极布局中。例如瞄准物联网应用的Wi-Fi技术 – HaLow,此技术采用非授权的900MHz频段,传输距离达1公里,传输速率150kbps~347Mbps,预计2018年可以商业化。

Weightless技术则是由非营利全球标准组织Weightless SIG所提出,Weightless也是一种专为物联网设计的无线技术,既可以工作在Sub-GHz免授权频段,也可以工作在授权频段,通信距离可以达到10公里。

整体而言,物联网的应用极为发散,且每一应用又因为实际场域情况各异而有不同,因此很难说某一物联网技术就专门适用于某一类应用,这也就为许多技术提供了发挥空间,多元的物联网应用将能容纳各种LPWAN技术互相争辉,而对于芯片业者而言,押宝哪一种技术将成为一大挑战。

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