LTE全速渗透物联网晶片商抢搭顺风车

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长程演进计画(LTE)技术发展路线将更加多元。为促进LTE同步满足高频宽行动装置,以及低速率、低成本的物联网应用需求,第三代合作伙伴计画(3GPP)除持续推进Cat. 9/10/11等高速标准外,亦已积极展开LTE机器类型通讯(MTC)标准的制定工作,期将LTE的势力版图扩张至物联网各个应用领域。新技术轮番端出3GPP冲刺LTE传速率
由于影音数据流量快速激增,因此3GPP正不断翻新LTE-A载波聚合(CA)、MIMO等技术规格,并同步提出LTE广播(LTE Broadcast)、LTE免授权频段(LTE-unlicensed, LTE-U)等新技术,提高核心网路频谱利用效率,以实现600Mbit/s,甚至1Gbit/s以上的速率。
以载波聚合技术来看,现阶段LTE主要电信商已积极透过双频(2CC)、三频(3CC),甚至是四频或TDD/FDD混频载波聚合的方式,将手中频谱资源做最有效的利用,以达到更大宽频容量。

除同质LTE频段的聚合运用外,3GPP近期也提出聚合5GHz免授权频段的LTE-U技术,扩增载波聚合的弹性。

另一方面,LTE Broadcast技术也可望纾解现今LTE网路容量捉襟见肘的问题。LTE Broadcast系奠基于演进式多媒体广播群播服务(eMBMS)技术​​,可让电信业者透过现有LTE网路提供行动电视广播服务,达到减少LTE网路影音流量的目的。
显而易见,因应网路资料量急速增长趋势,3GPP正紧锣密鼓研拟后4G(B4G)时代所需的LTE-A技术规范,进一步提高频宽和传输速率,为使用者带来更好的联网体验。

抢攻M2M应用LTE MTC标准制定脚步加快

瞄准穿戴式、智慧工厂及机器对机器(M2M)等庞大的低速、低功耗应用,3GPP则提出Cat. 1、Cat. 0等MTC规格,并正加紧于Release 13新版标准中,制定更低延迟、更低成本的Cat. 00规格,预计于2015年底前完成制定,2016~2017年开始导入终端装置和基础建设。
u-blox商业开发经理黄俊豪(图1)表示,3GPP的MTC标准是针对低资料传输率、低耗电量要求的M2M通讯应用而生。M2M应用需求让原本讲求高资料传输率的LTE技术另辟蹊径,除了朝更高传输速度发展外,也走向低资料传输率的技术演进,因此3GPP开始在Release 12中订定Cat. 0标准,其资料传输率只有1Mbit/s,而在最新的Release 13中更进一步提出Cat. 00标准,资料率一口气降至200kbit/s,让收发端耗电量显著降低,大幅提升LTE技术在M2M应用中的竞争力。

图1 u-blox商业开发经理黄俊豪?表示,LTE MTC标准可满足M2M应用对低资料率、低耗电量及低成本的要求。

据了解,Cat. 00标准制定目标是希望能降低模组设计复杂度以降低制造成本,而200kbit/s资料率仅需要单一收发天线,采用半双工(Half-duplex)传输模式,也就是在不同的时间下,资料能进行双向传输,但在同一时间内,资料只能单向传送,如此可降低射频(RF)设计复杂度。这些设计都是专为要求低功耗、低成本的应用而设计,像是智慧电表(Smart Meter)。
黄俊豪进一步指出,上述应用不像行动装置讲究大量资料传输的即时性和低延迟性,这些应用只须传送微量资料,且可以容忍较高的延迟性,所以3GPP特别将LTE MTC的接收频宽从20MHz降为1.4MHz,从而减少基频(Baseband)处理功耗。
黄俊豪提到,LTE Cat. 1/0和Release 13的Cat. 00规格,将有助于简化营运商的部署过程;目前已有部分网路可支援Cat. 1,预计2015年6月可望进入商转。至于Cat. 00规格预计于今年底前制定完成,2016?2017年间开始导入,2018年迈入商用部署阶段。

LTE全速渗透物联网晶片商抢搭顺风车

LTE迈入高速和低资料率双重路线发展,除可加速壮大其物联网势力外,亦为晶片商带来庞大市场商机,包括主要LTE基频晶片商及相关射频元件供应商,皆可望受惠。
载波聚合正夯LNA/RF Switch需求走扬
低杂讯放大器(LNA)和射频开关(RF Switch)将搭上载波聚合风潮顺势成长。智慧型手机进入LTE-A时代后,载波聚合已成为网路营运商用来提升网路频宽利用率的热门技术,因而推升LNA和RF Switch元件的市场需求。
英飞凌(Infineon)射频及感测元件、电源管理及多元电子事业处资深应用工程师游胜凯(图2右)表示,智慧型手机进入4G规格后,须向下相容2G/3G不同的行动网路系统,同时载波聚合技术也增加装置要支援的频段数量,两个因素皆使得装置系统变得更加复杂。为了保持装置LTE系统灵敏度,LNA和RF Switch遂愈形重要。

图2 英飞凌射频及感测元件、电源管理及多元电子事业处经理吴柏毅(左)指出,LTE载波聚合的发展将使LNA与RF Switch重要性更增。右为资深应用工程师游胜凯

英飞凌射频及感测元件、电源管理及多元电子事业处经理吴柏毅(图2左)指出,智慧型手机导入载波聚合技术后,接收端天线讯号进来后须仰赖RF Switch同时打开两路,以实现两个载波聚合,但这将造成很大的接入损失(Insertion Loss),而LNA的功能就在于降低杂讯、放大讯号,让装置LTE系统在接收网路讯号时更为灵敏。
值得注意的是,不同频段所对应使用的LNA也不同,换言之,支援越多频段的高阶智慧型手机所使用的LNA数量,将比支援特定频段的机种更多。
据了解,过去的3G智慧型手机只有GPS需要一颗LNA,在载波聚合技术的推波助澜下,现在4G手机有三到七颗LNA已是常态;吴柏毅也提到,装置商选择LNA时,杂讯指数(NF)、讯噪比(SNR)、增益(Gain)及线性度是几个重要的指标规格;以英飞凌的LNA方案为例,约可让整个LTE系统有2dB灵敏度的改善。
另一个受惠于载波聚合技术而爆发市场需求的还有RF Switch元件。游胜凯提到,以往手机一般只有一支天线,而现在4G智慧型手机都是主、副天线设计,且两支天线须同时接收,因而需要RF Switch进行切换;加上支援频段数量增加,因此RF Switch的使用数量愈来愈多。
游胜凯进一步分析,以往3G手机使用的RF Switch数量只要一到两颗,现在4G手机则是动辄七到八颗不等;而手机制造商对于该类型元件的要求多半是低接入损耗、支援高功率及线性度佳。
据了解,英飞凌目前在LNA市场已抢得龙头地位,而在RF Switch市场,该公司则挟CMOS技术的成本竞争优势快速攻城掠地。针对客户不同需求,英飞凌除推出不同效能和功能的LNA、RF Switch,亦推出LMM模组,将LNA和Switch整合在一起,相较于采用分离式元件设计,LMM模组化方案整体尺寸更为精巧,并可降低开发的复杂度。
抢LTE MTC商机头香Altair/思宽忙卡位
看好LTE在M2M等物联网应用领域的成长前景,LTE数据机晶片开发商思宽(Sequans)与Altair已相继推出支援LTE MTC规格的Cat. 1和Cat. 0晶片组,期挟小尺寸、低功耗及低成本等特点,进击LTE物联网市场。
Altair联合创办人暨市场行销和业务发展副总裁Eran Eshed表示,支援传输速率较低的LTE版本如Cat. 1/0的晶片问世,对于穿戴式装置、智慧家庭和智慧电表等物联网应用非常关键。在此之前,业界在这些低速LTE晶片的发展和物联网装置之间存在难以跨越的鸿沟。
另外,思宽则是发布支援Cat.1的LTE晶片组—Calliope,抢攻LTE M2M应用市场。思宽执行长Georges Karam表示,Calliope为一款Cat. 1 LTE晶片解决方案,是特别为物联网应用所量身打造;它可以比现今入门款3G方案更具竞争力的价格,满足快速成长的LTE装置设计需求,尤其是那些对成本高度敏感的应用,如不需高传输率的穿戴式产品。

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