雖然目前智能手機(jī)市場發(fā)展迅速，但與機(jī)器到機(jī)器(M2M)領(lǐng)域相比仍遜色不少。一些分析人士預(yù)測，在這個(gè)十年中，全球智能手機(jī)的年復(fù)合增長率(CAGR)約為22%，但I(xiàn)nfonetics Research等公司預(yù)測同一時(shí)期內(nèi)M2M的年復(fù)合增長率將高達(dá)66%。
M2M應(yīng)用主要分為兩大類：針對移動(dòng)應(yīng)用和服務(wù)的信息通信以及涉及固定設(shè)備的遙感遙測。2009年市場上的M2M信息通信設(shè)備已達(dá)8,700萬臺(tái)。Infonetics公司預(yù)計(jì)，到2014年市場上總共將有4.28億臺(tái)這樣的在用設(shè)備。所有這些數(shù)字對電子工程師來說意味著巨大的機(jī)會(huì)。但M2M并不是穩(wěn)賺不賠的買賣。面向M2M應(yīng)用的嵌入式蜂窩模塊應(yīng)該進(jìn)行全新設(shè)計(jì)，以滿足M2M的惡劣環(huán)境要求。
為了確保成功，電子工程師必須理解幾個(gè)關(guān)鍵因素：帶寬要求和成本；移動(dòng)運(yùn)營商技術(shù)路線圖和認(rèn)證程序；地區(qū)覆蓋以及月度發(fā)展速度計(jì)劃和模塊價(jià)格趨勢。這些因素直接影響M2M設(shè)備的上市時(shí)間、開發(fā)成本以及市場競爭能力。
長壽命和淘汰機(jī)制
傳統(tǒng)移動(dòng)電話和M2M設(shè)備之間的一個(gè)根本區(qū)別在于設(shè)備的使用壽命。消費(fèi)者一般每隔18至24個(gè)月就會(huì)更換他們的蜂窩電話，而M2M設(shè)備通常至少要持續(xù)工作5至10年。在自動(dòng)抄表或住宅安全等應(yīng)用中，M2M設(shè)備大多要持續(xù)工作15年。
為了適應(yīng)這么長的使用壽命，理解嵌入式模塊和無線運(yùn)營商的技術(shù)路線圖就顯得非常重要。例如，雖然目前大多數(shù)M2M設(shè)備只能在2G和2.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上很好工作，但一些運(yùn)營商正在努力推進(jìn)在新的M2M設(shè)計(jì)中使用3G模塊。由于不同運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)支持策略稍有不同，因此在設(shè)計(jì)過程中盡早與你的運(yùn)營商合伙伙伴進(jìn)行溝通十分重要。此外，在嵌入式蜂窩模塊方面，了解當(dāng)前模塊設(shè)計(jì)的使用年限和期望壽命也很重要。
在某些情況下，像Telit公司等蜂窩模塊供應(yīng)商可以通過提供一定程度的技術(shù)兼容性來降低網(wǎng)絡(luò)技術(shù)移植風(fēng)險(xiǎn)，例如，管腳兼容的外形封裝或一致的AT命令集。
制造商一般設(shè)計(jì)的長壽命M2M產(chǎn)品都能應(yīng)用于惡劣的環(huán)境，如牽引式卡車的高熱、臟污和振動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)倉，或室外電表的寬幅、季節(jié)性溫度變化環(huán)境。在現(xiàn)場更換發(fā)生故障的M2M模塊的代價(jià)很高；對于某些應(yīng)用，例如裝滿昂貴貨物的集裝箱，幾小時(shí)甚或數(shù)天的通信連接丟失是不可接受的。
全新設(shè)計(jì)
供應(yīng)商應(yīng)全新設(shè)計(jì)嵌入式蜂窩模塊，以滿足M2M應(yīng)用，而不是典型移動(dòng)電話或PCI調(diào)制解調(diào)器等消費(fèi)類應(yīng)用面臨的環(huán)境要求。例如，M2M解決方案應(yīng)該使用范圍超過GSM和cdma2000最小要求值的功放和其它元件。
M2M市場如此之大、發(fā)展如此迅速并充滿挑戰(zhàn)的原因之一是存在大量應(yīng)用，并且每種應(yīng)用都有自己的要求。
例如，在車載信息娛樂和資產(chǎn)跟蹤等信息通信應(yīng)用中，“主機(jī)”設(shè)備一般都要穿越很寬的地理區(qū)域。對于這類應(yīng)用，M2M解決方案必須支持多個(gè)頻段，以便在設(shè)備出入不同網(wǎng)絡(luò)時(shí)能夠保持連接。
舉例來說，經(jīng)常要跨越多個(gè)大陸的集裝箱一般要求模塊使用GSM系列技術(shù)(GSM、GPRS和Edge)，并支持4個(gè)頻段(850MHz、900MHz、1,800MHz和1,900MHz)。相反，針對北美市場設(shè)計(jì)的SUV信息娛樂系統(tǒng)可能使用cdma2000 1X和1xEV-DO無線技術(shù)，其主要頻段是800MHz和1,900MHz。而一些任務(wù)關(guān)鍵型信息通信應(yīng)用有時(shí)可能要集成衛(wèi)星連接，將其作為沒有蜂窩覆蓋地區(qū)的備份通信手段。
更新的蜂窩技術(shù)，如LTE則具有額外的設(shè)計(jì)考慮。LTE取得與3G同樣的覆蓋率也許至少需要三年多的時(shí)間，而趕超非常普及的2G和2.5G網(wǎng)絡(luò)則需要更長的時(shí)間。如果應(yīng)用要求頻繁或穩(wěn)定的連接，那么基于LTE的M2M解決方案還必須包含GSM、GPRS、Edge、HSPA和UMTS的某種組合作為備用通信手段。
因此LTE設(shè)計(jì)應(yīng)增加天線必須支持的頻段數(shù)量：最多4個(gè)頻段分給備用技術(shù)，LTE至少要1個(gè)頻段，還有1個(gè)或1個(gè)以上的頻段用于支持其它技術(shù)，例如用于定位服務(wù)的GPS。所有這些要求使得設(shè)計(jì)師面臨巨大挑戰(zhàn)：不僅要為多個(gè)收發(fā)器及其附屬元件找到足夠的空間，天線系統(tǒng)也需支持更多的頻段，但M2M模塊體積不能因過分?jǐn)U大而無法適合特定的應(yīng)用。
在提供高可靠性并提供一致性能的解決方案中，忽視天線設(shè)計(jì)的作用是一個(gè)錯(cuò)誤。天線系統(tǒng)永遠(yuǎn)不應(yīng)成為事后補(bǔ)救的對象，因?yàn)樗鼈兛赡艹删?，也可能毀了M2M設(shè)備。事實(shí)上，天線問題是許多M2M設(shè)備無法成功上市的最常見理由。
另外一個(gè)設(shè)計(jì)考慮因素是帶寬。一些M2M應(yīng)用——例如監(jiān)控?cái)z像機(jī)回傳——要求快速的上行鏈路；有些應(yīng)用同時(shí)要求上行鏈路和下行鏈路提供高吞吐量。再比如，目前一些數(shù)字標(biāo)牌廣告可以向過往行人提供這樣的功能：點(diǎn)擊某個(gè)鍵將顯示器切換到視頻會(huì)議模式，然后與遠(yuǎn)程銷售同事進(jìn)行互動(dòng)交流。當(dāng)面向這種應(yīng)用時(shí)，可以考慮使用cdma2000 1xEV-DO Rev.A，HSDPA/HSUPA或LTE這樣的高速技術(shù)。
無線運(yùn)營商必須對使用他們網(wǎng)絡(luò)的M2M設(shè)備進(jìn)行認(rèn)證。這個(gè)過程費(fèi)時(shí)又費(fèi)錢，因此對M2M解決方案的開發(fā)成本和上市時(shí)間有很大的影響。
運(yùn)營商認(rèn)證費(fèi)用取決于具體技術(shù)。使用預(yù)先認(rèn)證過的模塊開發(fā)2G解決方案的認(rèn)證費(fèi)用大約是25,000美元；相應(yīng)的3G產(chǎn)品可能要4萬美元。當(dāng)運(yùn)營商從來沒有處理過特定的M2M解決方案時(shí)，所需的費(fèi)用和時(shí)間可能還要更多。
這正是大多數(shù)M2M設(shè)備供應(yīng)商傾向于采用已經(jīng)過運(yùn)營商預(yù)先認(rèn)證過的模塊而不是從頭創(chuàng)建解決方案的原因。后者要求全面的認(rèn)證，費(fèi)用可能高達(dá)30萬至100萬美元，時(shí)間可能長達(dá)9個(gè)月。而采用運(yùn)營商認(rèn)證過的模塊開發(fā)的解決方案，可以在數(shù)周內(nèi)完成運(yùn)營商設(shè)備認(rèn)證。
采用與運(yùn)營商、系統(tǒng)集成商、天線專家等擁有很深行業(yè)關(guān)系的供應(yīng)商的模塊產(chǎn)品有助于你的產(chǎn)品更快上市，并避免首次M2M設(shè)計(jì)可能存在的許多缺陷。
如果M2M公司錯(cuò)誤地押注一種只是小范圍應(yīng)用，或幾年內(nèi)都得不到廣泛采納的技術(shù)，那么所付出的代價(jià)將是很高的，甚至可能毀了公司。M2M市場的許多機(jī)會(huì)只青睞那些具有足夠智慧應(yīng)對挑戰(zhàn)的公司。
圖1：M2M設(shè)備的基本組件。
圖2：使用經(jīng)認(rèn)證的模塊可以顯著加快M2M設(shè)備開發(fā)進(jìn)度。
本文來自《電子工程專輯》2011年7月刊
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