LTE/GPS模組襄助 汽車智慧功能開發更省力
LTE高達1Gbit/s的理論傳輸速率與低延遲的特性，是汽車在高速移動時提供高品質聯網應用服務的理想選擇；隨著LTE模組日益成熟，許多車廠已開始將其用來開發新的車聯網應用，甚至搭配GPS技術，實現車輛追蹤、車隊管理、緊急救援等多元服務。
無線電信業者快速部署長程演進計畫(LTE)網路不僅是為了增加數據通訊的可用頻寬而已。LTE做為有史以來進展最快速的電信標準，透過提供更好的使用者體驗與豐富的多媒體服務與應用，不但將開創數千億美元的新營收來源，同時它帶來的網路管理效率還能有助於提升獲利。然而，這只是我們能看到的一小部分而已。
從家庭到汽車，消費者正要求無縫、高速的連接體驗；而車隊管理人員與大眾運輸管理單位都已經看到，透過把高速數據與機器對機器(M2M)通訊和正確的資產位置追蹤結合在一起，將能帶來顯著的營收與成本節省的潛能。
很顯然地，LTE正在重寫各行各業的商業與營收模式，而不僅是針對網路供應商而已。業者的下一步，是聚焦於營收時效(Time-to-revenue)。對此，重要的不只是了解LTE的意義以及它的發展方向，同時還要知道有哪些解決方案可以用來快速開發出可靠、全球適用、堅固以及容易建置的解決方案。這類解決方案能協助裝置和系統開發人員專注於現有，以及快速進展的下一代應用程式，而毋須不停地投入新的連接技術開發。
LTE市場成長潛力龐大
從統計數據來看，現有三百八十個完全商業化運轉的LTE網路能創造的營收成長是很驚人的，各家研究機構的數字也僅有幾十億美元的差異而已。SNS Research預測指出，2015年LTE服務營收將達到近1,700億美元，一直到2020年，每年的年均複合增長率(CAGR)為30%。
ReportsnReports在2014年5月公布的數據也很類似，它預估全球LTE服務營收將從2013年的780億美元到2018年成長至超過5,000億美元，這段期間的CAGR高達46%。從地理區域來看，到2018年，北美、西歐和亞太將占全球LTE服務營收的83%。
美國(主要是AT&T和Verizon)、南韓和日本現已成為LTE的初期領導者。但是，ReportsnReports指出，亞洲和非洲的開發中與未開發市場將擁有龐大的LTE商機。這是一個快速躍進的典型案例：這些電信業者僅投資很少或沒有基礎建設的未開發(Greenfield Development)地區將會直接採用最先進的技術。
在先進國家，有時候「好」的基礎建設與服務在許多方面反而會阻礙「優異」的基礎建設與服務的進展，因此開發中國家反而能夠快速獲益。在營收展望的驅動下，儘管成本很高，電信業者仍將持續且積極地投資LTE基礎架構。他們無法承擔不投資的後果：因為有太多的服務營收正岌岌可危。包含大型蜂巢基地台(Macrocell/eNBs)、小型蜂巢基地台(Small Cell)與EPC/行動核心網路，SNS預期到2020年底，LTE基礎架構支出將達到約330億美元，同時ReportsnReports也預測，到2018年，全球LTE的總資本支出將達到1,800億美元。
LTE具高度差異化特性
要解釋為什麼電信業者這麼願意花費數十億元美元投資在全新的LTE設備，而且未來這些設備會與現有數十億美元已經部署的2G和3G設備無法相容，我們須了解LTE是什麼、能為使用者帶來甚麼樣的服務，以及能為營運商和電信業者長期節省下來的整體擁有成本(Total Cost of Ownership, TCO)。
LTE是Long Term Evolution的縮寫，是由第三代夥伴計畫(Third Generation Partnership Project)所定義的。「演進(Evolution)」是指朝向完全相容的4G介面進展，而4G標準是由ITU-R在2008年所定義的，現在已納入IMT-Advanced規範中。
IMT-Advanced 4G標準強調豐富的媒體應用程式，並要求語音和數據通訊都要更換到更高效率與更低成本的網際網路協定(IP)封包交換網路。目前的網路採用平行式架構，亦即以電路交換網路處理語音，並以封包交換網路處理數據。
IMT-Advanced還要求更佳的設備使用率，並能根據使用者密度、以及其他效率條件來混合小型基地台與大型基地台。
針對使用者，IMT-Advanced設定了應如何利用不同的調變方式、頻寬設定、操作頻率、延遲需求和載波格式來更有效利用頻譜。頻寬使用意味著更高的行動下載速率，在汽車或大眾交通工具內至少為100Mbit/s，而在家或在公共場合走動時，靜態或移動的下載速率為1Gbit/s。
ITU-R在2008年提出規範建議時，這些功能都還沒有。技術還沒有準備好，同時電信業者也尚未準備好部署這些功能。在那時候，業界同意，只要能提供比W-CDMA、UMTS、EV-DO Rev. A、HSPA 3.6和HSPA 7.2等3G網路更佳的下載速率，LTE便可被稱為4G技術。
這些3G網路的理論下載和上傳速率峰值分別為14Mbit/s和5.7Mbit/s。
作為4G技術，LTE Category 4(Cat. 4)的速度更快，現在已能達到150Mbit/s，並利用Voice over LTE(VoLTE)技術持續地快速演進，朝完全的封包交換網路進展。
LTE持續演進，現在正推出載波聚合(Carrier Aggregation)和其他技術，以達到1Gbit/s的下載速度。當此目標實現時，LTE將跨入如同IMT-Advanced所定義的「真正4G」範疇。在那時候，它將成為LTE-Advanced。在此之前，LTE技術的演進與服務營收動能，將持續增強並有令人振奮的進展。
2015年4月，在Bank of America Merrill Lynch於紐約舉辦的2015年汽車高峰會議上，通用汽車(GM)宣布，該公司為汽車與卡車提供的OnStar 4G LTE Wi-Fi熱點服務可在未來3年內帶來3.5億美元的獲利。通用汽車的財務長稱這是「尚未開發且被低估的商機」。
OnStar嵌入式車載資通訊系統最早是在1996年推出的，包括電話秘書、緊急事件的診斷和位置追蹤(圖1)。現在，GM已在北美超過三十款2015年的車款中推出4G LTE服務。未來也計畫將在海外市場推出。
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| 圖1 GM於2011年率先業界發表LTE車用視訊串流服務，並於2014年進一步擴展。 資料來源：Motor Authority |
通用汽車的率先部署反映了使用者的真正需求。隨著從智慧型手機到平板電腦和筆記型電腦等行動裝置上的OTT(Over-the-top)視訊服務日益普及，因此，不管是在家或在路上，都必須能提供相同的服務品質。
IDC分析師也提出了與此趨勢相關的一些數據：在一項智慧型手機的調查中，有54%的智慧型手機使用者會串流視訊內容，而在美國，有27%的受訪者表示，他們會在智慧型手機上購買電影，「比全球受訪者23%的比例高出一些」。
IDC還引述Vodafone在2014年財報會議的內容指出，歐洲的視訊流量成長了將近90%。4G Americas也預測，行動視訊流量到2018年時將增加70%。
在IP高品質媒體、導航、語音和數據通訊需求的推動下，成長趨勢是顯而易見的。然而，雖然看來很簡單，但是為每輛汽車配備高速LTE功能卻不是那麼容易的。這也是為什麼通用汽車一次只在一個國家提供這項服務，而其中的一個理由是必須能夠通過國際性的無線規範。
眾所皆知，無線通訊設計的難度極高。干擾、發射、天線擺放、以及規範都會延遲設計的進展。而當談到汽車應用時，無線通訊更須正確、且符合標準。
現在正是設計人員面臨「自行開發或購買」決策的時間點，同時已有越來越多的設計人員決定採用「購買」的方式。因為，當客戶能輕鬆取得「立即可用」的模組時，重頭開發的投資報酬率並不划算。
採用現成的模組會使設計、建置和規範遵循過程變得更為簡單。有些模組還提供PCIe介面，例如MPCI-L2 LTE，它可支援多頻LTE，以及HSPA+和GPRS/EDGE標準。此模組符合LTE Cat. 4標準，速度最高可達150Mbit/s，並有適用於美國和歐洲/亞洲的不同版本，讓標準遵循更為容易。另一個須注意的重要特性是溫度範圍，特別是針對汽車和遠端監控與資料聚合(Data Aggregation)應用。MPCI-L2是很好的例子，它能達到-40到+85℃的操作範圍。
當系統須要經常升級，或是需要與電腦系統有直接介面時，採用能夠隨插即用的PCIe方案是不錯的選擇。但是，對空間和成本受限的大批量應用來說，模組會是設計人員的更佳選擇。
這款模組的設計是以TOBY-L2系列為基礎。除了支援LTE/HSPA+/GPRS標準，此模組採用易於製造的LGA封裝，以及「套疊式」設計概念(圖2)，能讓客戶將電路板配置為支援不同的模組外型尺寸，還能隨未來的需求變更再支援不同的無線技術。
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| 圖2 利用「套疊式」電路板布局概念，開發人員毋須重新設計就能在未來升級LTE連接模組。與傳統受限於尺寸的「接腳對接腳」相容性相比，這是一種令人振奮的作法。 |
通常，設計人員會取得接腳對接腳相容性產品，但此作法會限制尺寸大小，因此，若未來須要升級，最好還是採用套疊式模組。
在未來，升級很可能是必需的。現在，150Mbit/s的下載速度已能充分滿足汽車路由器的需求。車載LTE路由器可為汽車提供100Mbit/s(LTE Category 3)的高速下行速度，這已足以支援五個平行的高畫質電視頻道，更能支援乘客使用的各種視訊、語音、網際網路存取和社交媒體應用。
若與車載導航系統結合，還能根據汽車所在位置推播內容，例如，可提供有關附近景點或服務的豐富影片資訊。
當然，為了擴展這些功能，電信業者就必須負責投入資本支出，但是串流服務的營收卻是由OTT供應商取得，而不是電信業者。因此，電信業者必須進一步採取行動，重新檢視其商業模式。
除了串流服務，另一個可為服務供應商和獨立業者帶來絕佳商機的應用是為汽車、卡車或救護車提供車隊管理服務。
在北美的多家電信業者中，Verizon是積極掌握商機的一家。它的Networkfleet解決方案採用GPS實現準確的位置追蹤，並透過安全的無線網路將車輛資料傳送到Networkfleet資料中心(圖3)。Networkfleet裝置可全年無休地監測車輛位置、引擎診斷，以及其他的車隊績效指標。
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| 圖3 Verizon的Networkfleet是加值服務的一個範例，它將GPS和安全的無線通訊與後端系統結合在一起，以實現車隊管理應用。客戶能在客製化的儀表板上安全地存取資訊。 |
車隊業者可存取安全的Networkfleet網站，以接收車輛警示、追蹤車輛位置、以及監控駕駛行為。利用PC、智慧型手機和平板電腦，管理人員能監控車隊追蹤資料，以便即時制定更低成本的決策並提升車隊績效。
Networkfleet的服務模型可與物聯網(IoT)匯聚，透過持續地收集與分析資料來實現更佳的商業成效。舉例來說，以預測式維護為基礎的長期資料分析，能有效預防故障的發生。ODIN-W2便是可用來實現此一目標的設計，它是精巧但功能強大的獨立式多重無線電(Multiradio)模組，適用於物聯網應用。此模組還能提供嵌入式驅動程式、堆疊和應用程式，供無線資料傳輸和AT指令配置之用。它的無線支援包括雙模藍牙v4.0(傳統藍牙和低功耗藍牙)，以及雙頻Wi-Fi(2.4GHz和5GHz頻段)。此模組還能被用來做為點對點序列纜線的替代方案。
ODIN-W2支援多種可在無線多點連接(Wireless Multidrop)或延伸資料模式(Extended Data Mode)中並存的藍牙和Wi-Fi連接，以實現先進的多點功能。
EMMY-W1模組增加了NFC功能，而ELLA-W1模組是端到端的藍牙、Wi-Fi解決方案，並具備MAC/基頻以及一個可連接到主機的SDIO介面。
請注意，IoT也適用於駕駛：駕駛行為的監測和分析，包括睡著或危險駕駛等，都有助於防止意外產生。
LTE+GPS=無人駕駛汽車
LTE+GPS=無人駕駛汽車
然而，車隊管理技術的應用只是起點而已。受惠於支援GPS和LTE功能的模組與系統日漸普及，無人駕駛汽車的目標已經不再遙不可及。例如，NEO-M8L獨立式模組結合了高效能同步定位引擎與3D汽車慣性導航(ADR)技術，可為道路汽車應用提供100%的覆蓋範圍與持續的3D定位功能。
此裝置非常靈敏，擁有快速的GNSS訊號擷取與追蹤，能輕鬆地整合於系統中。模組內建的3D加速器、3D陀螺儀感測器，以及速度脈衝輸入(硬體或訊息匯流排)，能以持續、準確的定位效能為道路車輛ADR應用提供完整的解決方案。
NEO-M8L裝置能完全改變商品和人們運輸與管理的模式。現在，LTE和GPS已能帶來極佳的洞見，但很快地，未來在越來越多僅需很少或沒有人為互動的情況下，駕駛終將會被取代。
未來，隨著監控基地台部署在全球各地，其他的商業模式也將包括LTE遠端視訊監控服務。電信業者能根據設備安裝、設備供應與租賃、管理軟體、每日使用時數(例如，只有在商店結束營業的時間，或偵測到動作時)，以及視訊串流的雲端儲存等各種方式來收取費用。
針對數位看板，LTE能實現快速的影像更新，再以相關服務向廣告主收費，同時雲端儲存和代管應用程式也將獲益於更快的存取和下載。這些都將是所有電信業者能因LTE「狂潮」的普及而創造更多營收來源的契機。
