全球許多地區都正積極地從第二代行動通訊(2G)朝第三代行動通訊(3G)網絡移轉,特別是在美國、日本、韓國和澳洲等國家,幾乎每天都可以看到電信服務 供貨商通知全球行動通訊系統(GSM)客戶轉向3G服務的相關新聞報導。例如為百分之五十以上的日本用戶提供行動通訊服務的NTT DoCoMo已經宣布,將于2012年底前終止2G服務。在南韓,前兩大電信業者SKTelecom(SKT)和Korea Telecom Freetel(KTF)也已宣布計劃終止2G網絡。
此外,美國的第二大行動服務供貨商AT&T于2012年3月通知所有位于紐約和達拉斯地區的客戶轉換至3G服務,以避免受到因逐漸終止2G網絡服務導致的GSM服務質量下降。同時,AT&T也正大筆投資,擴展全美的3G網絡建置。
而在澳洲,第三大行動電信業者Vodafone Hutchinson也宣布將逐漸淘汰2G服務,朝3G移轉。澳洲最大的電信業者Telstra則正積極鼓勵客戶從2G移轉至3G服務。
這些只是近來新聞報導的幾個例子,顯示出主要的電信業者都將逐漸終止GSM服務/通用封包無線服務(GPRS)。其動機非常清楚:為滿足最新一代智能型手 機和平板計算機帶來的多樣化內容服務和串流視訊功能,用戶對無線數據傳輸的需求正不斷成長,這都需要大量的新增帶寬。因此,語音2G技術所占據的頻譜必須 釋出以供3G服務使用。
這與撥接因特網服務被非對稱式數字用戶回路(ADSL)取代的情況非常類似,因為ADSL能提供較舊式電話調制解調器快三百倍的傳輸速率。的確,家用 ADSL和有線因特網服務已經是消費者期望的基準。這樣的期望已延伸至行動上網用戶,他們不在乎服務質量如何達到,只希望不管是連接到家中的Wi-Fi 網絡或是旅行時用手機上網,都能達到相同的質量與速度。
標準分歧影響M2M應用
從2G移轉到3G(亦稱為W-CDMA或UMTS/HSPA)影響的不僅是移動電話和因特網使用者。隨著服務朝3G移轉,不管是否需要高傳輸速度,機器對機器(M2M)應用也必須因應新的標準發展。
在為嵌入式M2M應用選擇3G無線調制解調器時,必須考慮幾個重點。主要的問題是,GSM基本上是僅在全球四個頻段上執行的統一標準。但對通用行動通訊系統 (UMTS)/高速封包存取(HSPA)服務來說,全球各地不同的標準組織都已為3G服務配置更多的頻段。結果當然是能在一個地區運作良好的3G調制解調器, 在別的地區可能完全不能作用。
在這個全球運輸和制造供應鏈橫跨數個地區、國家或甚至幾個洲際的時代,這樣的頻譜配置可能會對M2M應用帶來嚴重的限制。舉例來說,貨物和貨柜追蹤系統在 國外的碼頭或倉庫中會無法運作。車輛緊急呼叫系統必須根據車輛所使用的地區予以客制化設計;遠程工作者的監控,例如從事緊急服務的員工或油管工人,都可能 僅在某些地區適用,其他地方則不行;用來監控老人或其他贍養收容病人的裝置,必須特別設計才能在全球不同地區使用;此外,跨越全球不同地區的資產或供應鏈 監控安全系統需要額外的設計和物流工作。
這些情況都是UMTS/HSPA頻段在各地都不相同所造成的結果,UMTS/HSPA網絡在全球各地采用數個主要頻段,這使得多地區使用的無線終端裝置得面臨更高的設計難度和物流復雜度。
一般來說,不同UMTS頻段在全球部署的情況如下:頻段1(W-CDMA 2,100),包括歐洲、印度、非洲、以色列、亞洲、澳洲、紐西蘭、泰國和巴西;頻段2(W-CDMA 1,900),范圍涵蓋北美和南美洲;頻段4(W-CDMA 1,700),在美國和加拿大;頻段5(W-CDMA 850),采用地區為澳洲、香港、泰國、紐西蘭、巴西、加拿大、美國、南美洲、以色列、部分亞洲和波蘭;頻段6(W-CDMA 800),使用國家是日本;頻段8(W-CDMA 900),使用范圍包括歐洲、亞洲、澳洲、紐西蘭、多米尼加、委內瑞拉、波蘭。
請注意,取決于電信服務供貨商及所支持的服務,同一國家通常會使用一個以上的頻段。
各式因應方案浮現臺面
圖1 LISA-U2 W-CDMA調制解調器系列
為解決M2M應用面臨的問題,各家廠商莫不推出各種因應的解決方案,例如u-blox推出LISA-U2模塊系列(圖1)。這是以表面黏著技術(SMT) 封裝供貨的通用UMTS表面黏著無線調制解調器,可支持全球部署的UMTS頻段,讓設備制造商能以單一調制解調器和軟/硬件設計為基礎,開發出全球通用的無線終端 裝置。
表1總結了LISA-U2模塊的特性,包括多重標準支持、語音和數據功能、歐洲eCall和俄羅斯ERA-GLONASS緊急呼叫系統的同步調制解調器 (In-band Modem)、支持車載資通訊(Telematics)應用的輔助全球衛星定位系統(AGPS)加速定位技術,以及最高21.1Mbit/s的下載速度, 如增強版高速封包存取(HSPA+)技術,可供視訊等超高速應用所使用。
由于M2M應用常須依賴全球定位功能,以提供位置、路線,以及速度與加速訊息,LISA-U2調制解調器可提供連接至多個GNSS(全球導航衛星系統,GPS也是其中之一)系統的簡單標準接口。
LISA-U2模塊和u-blox GNSS接收器間的界面,不管是GPS、GLONASS、Galileo或QZSS,都已被簡化至單純的兩線I2C總線。這意味著,僅須輕松地替換 GNSS接收器,就能開發出支持不同衛星定位標準的終端裝置,而毋須重新變更布線或軟件。
兼容多種無線標準
全球行動通訊主要包括GSM(此標準仍會再使用數年)、UMTS和分碼多重存取(CDMA)三個網絡協議。通常,一個地理區域會支持不同電信業者提供多種 標準。對設備制造商來說,若能推出僅須透過更換調制解調器模塊和升級韌體就能快速適應不同協議的單一硬件設計,將會非常有利。
圖2 LISA-U2和LEON無線模塊提供3G/2G兼容性
例如,以單一印刷電路板(PCB)設計因應GSM、UMTS和CDMA網絡,以維持跨不同區域需求的兼容性。采用一致的外型尺寸做法,可確保下一代SMT 組件都能保持與前一代產品的布線兼容性,讓裝置制造商能以最少的硬件和PCB變更輕松升級設計。此外,與新一代產品間的韌體兼容性(圖2),也能確保設計 人員不會因為每次開發新產品就會造成過去多年的軟件開發時間形同白費。
獲取認證確保質量
在今天的全球化市場中,嵌入式無線連接裝置制造商也須要鎖定多重市場,這使得認證成為一項復雜和耗時的過程。因此,預先認證過的無線模塊將是最具吸引力的解決方案。
由于已在模塊級取得認證,終端裝置的認證就能大幅簡化,并可省略許多步驟。未能通過最終認證的風險也能被降至最低,因為模塊可能發生的設計缺陷都已事先排除。
采現成開發環境 降低開發成本
不管是硬件設計、軟件開發和復雜的車載資通訊系統的除錯,都須耗費大量的時間與研發投資。因此在選用3G調制解調器時,通常建議采用供貨商提供的開發環境,以便能立刻節省數人年的工程成本,以及數個月的開發時間。
舉例來說,為使嵌入式UMTS/HSPA設計能順利執行,u-blox提供LISA-U2系列樣品與評估套件EVK-U23,可提供簡易、靈活和立即可用 的環境,以作為評估LISA-U2模塊系列,以及無線/GPS車載資通訊應用的設計和測試之用,并具備開發、測試和追蹤的USB和RS232接口。