LTE市场成长潜力庞大:LTE+GPS=无人驾驶汽车

2016-07-12 10:58 产业观察   来源:电子发烧友

导读LTE高达1Gbit/s的理论传输速率与低延迟特性,可为汽车在高速移动时提供高质量联网服务,因此许多车厂已开始利用LTE模块,或LTE+GPS的高整合模块,开发车辆追踪、车队管理、紧急救援等新的车联网应用服务。  

LTE高达1Gbit/s的理论传输速率与低延迟特性,可为汽车在高速移动时提供高质量联网服务,因此许多车厂已开始利用LTE模块,或LTE+GPS的高整合模块,开发车辆追踪、车队管理、紧急救援等新的车联网应用服务。

无线电信业者快速部署长程演进计划(LTE)网络不仅是为了增加数据通讯的可用带宽而已。LTE作为有史以来进展最快速的电信标准,通过提供更好的使用者体验与丰富的多媒体服务与应用,不但将开创数千亿美元的新营收来源,同时它带来的网络管理效率还能有助于提升获利。然而,这只是我们能看到的一小部分而已。

从家庭到汽车,消费者正要求无缝、高速的连接体验;而车队管理人员与大众运输管理单位都已经看到,通过把高速数据与机器对机器(M2M)通讯和正确的资产位置追踪结合在一起,将能带来显著的营收与成本节省的潜能。

很显然地,LTE正在重写各行各业的商业与营收模式,而不仅是针对网络供货商而已。业者的下一步,是聚焦于营收时效(Time-to-revenue)。对此,重要的不只是了解LTE的意义以及它的发展方向,同时还要知道有哪些解决方案可以用来快速开发出可靠、全球适用、坚固以及容易建置的解决方案。这类解决方案能协助装置和系统开发人员专注于现有,以及快速进展的下一代应用程序,而毋须不停地投入新的连接技术开发。

LTE市场成长潜力庞大

从统计数据来看,现有三百八十个完全商业化运转的LTE网络能创造的营收成长是很惊人的,各家研究机构的数字也仅有几十亿美元的差异而已。SNSResearch预测指出,2015年LTE服务营收将达到近1,700亿美元,一直到2020年,每年的年均复合增长率(CAGR)为30%。

ReportsnReports在2014年5月公布的数据也很类似,它预估全球LTE服务营收将从2013年的780亿美元到2018年成长至超过5,000亿美元,这段期间的CAGR高达46%。从地理区域来看,到2018年,北美、西欧和亚太将占全球LTE服务营收的83%。

美国(主要是AT&T和Verizon)、南韩和日本现已成为LTE的初期领导者。但是,ReportsnReports指出,亚洲和非洲的开发中与未开发市场将拥有庞大的LTE商机。这是一个快速跃进的典型案例:这些电信业者仅投资很少或没有基础建设的未开发(GreenfieldDevelopment)地区将会直接采用最先进的技术。

在先进国家,有时候「好」的基础建设与服务在许多方面反而会阻碍「优异」的基础建设与服务的进展,因此开发中国家反而能够快速获益。在营收展望的驱动下,尽管成本很高,电信业者仍将持续且积极地投资LTE基础架构。他们无法承担不投资的后果:因为有太多的服务营收正岌岌可危。包含大型蜂巢基地台(Macrocell/eNBs)、小型蜂巢基地台(Small Cell)与EPC/移动核心网络,SNS预期到2020年底,LTE基础架构支出将达到约330亿美元,同时Reportsn Reports也预测,到2018年,全球LTE的总资本支出将达到1,800亿美元。

LTE具高度差异化特性

要解释为什么电信业者这么愿意花费数十亿元美元投资在全新的LTE设备,而且未来这些设备会与现有数十亿美元已经部署的2G和3G设备无法兼容,我们须了解LTE是什么、能为使用者带来甚么样的服务,以及能为营运商和电信业者长期节省下来的整体拥有成本(Total Costof Ownership,TCO)。

LTE是Long Term Evolution的缩写,是由第三代伙伴计划(Third Generation Partnership Project)所定义的。「演进(Evolution)」是指朝向完全兼容的4G接口进展,而4G标准是由ITU-R在2008年所定义的,现在已纳入IMT-Advanced规范中。

IMT-Advanced4G标准强调丰富的媒体应用程序,并要求语音和数据通讯都要更换到更高效率与更低成本的因特网协议(IP)分组交换网络。目前的网络采用平行式架构,亦即以电路交换网络处理语音,并以分组交换网络处理数据。

IMT-Advanced还要求更佳的设备使用率,并能根据用户密度、以及其他效率条件来混合小型基地台与大型基地台。

针对使用者,IMT-Advanced设定了应如何利用不同的调变方式、带宽设定、操作频率、延迟需求和载波格式来更有效利用频谱。带宽使用意味着更高的移动下载速率,在汽车或大众交通工具内至少为100Mbit/s,而在家或在公共场合走动时,静态或移动的下载速率为1Gbit/s。

ITU-R在2008年提出规范建议时,这些功能都还没有。技术还没有准备好,同时电信业者也尚未准备好部署这些功能。在那时候,业界同意,只要能提供比W-CDMA、UMTS、EV-DORev.A、HSPA3.6和HSPA7.2等3G网络更佳的下载速率,LTE便可被称为4G技术。

这些3G网络的理论下载和上传速率峰值分别为14Mbit/s和5.7Mbit/s。

作为4G技术,LTECategory4(Cat.4)的速度更快,现在已能达到150Mbit/s,并利用Voiceover LTE(VoLTE)技术持续地快速演进,朝完全的分组交换网络进展。

LTE持续演进,现在正推出载波聚合(Carrier Aggregation)和其他技术,以达到1Gbit/s的下载速度。当此目标实现时,LTE将跨入如同IMT-Advanced所定义的「真正4G」范畴。在那时候,它将成为LTE-Advanced。在此之前,LTE技术的演进与服务营收动能,将持续增强并有令人振奋的进展。

2015年4月,在Bankof AmericaMerrill Lynch于纽约举办的2015年汽车高峰会议上,通用汽车(GM)宣布,该公司为汽车与卡车提供的OnStar4GLTEWi-Fi热点服务可在未来3年内带来3.5亿美元的获利。通用汽车的财务长称这是「尚未开发且被低估的商机」。

OnStar嵌入式车载资通讯系统最早是在1996年推出的,包括电话秘书、紧急事件的诊断和位置追踪(图1)。现在,GM已在北美超过三十款2015年的车款中推出4GLTE服务。未来也计划将在海外市场推出。

图1 GM于2011年率先业界发表LTE车用视屏串流服务,并于2014年进一步扩展。

通用汽车的率先部署反映了使用者的真正需求。随着从智能型手机到平板计算机和笔记本电脑等移动装置上的OTT(Over-the-top)视屏服务日益普及,因此,不管是在家或在路上,都必须能提供相同的服务质量。

IDC分析师也提出了与此趋势相关的一些数据:在一项智能型手机的调查中,有54%的智能型手机用户会串流视屏内容,而在美国,有27%的受访者表示,他们会在智能型手机上购买电影,「比全球受访者23%的比例高出一些」。

IDC还引述Vodafone在2014年财报会议的内容指出,欧洲的视屏流量成长了将近90%。4GAmericas也预测,移动视屏流量到2018年时将增加70%。

在IP高质量媒体、导航、语音和数据通讯需求的推动下,成长趋势是显而易见的。然而,虽然看来很简单,但是为每辆汽车配备高速LTE功能却不是那么容易的。这也是为什么通用汽车一次只在一个国家提供这项服务,而其中的一个理由是必须能够通过国际性的无线规范。

众所皆知,无线通信设计的难度极高。干扰、发射、天线摆放、以及规范都会延迟设计的进展。而当谈到汽车应用时,无线通信更须正确、且符合标准。

现在正是设计人员面临「自行开发或购买」决策的时间点,同时已有越来越多的设计人员决定采用「购买」的方式。因为,当客户能轻松取得「立即可用」的模块时,重头开发的投资报酬率并不划算。

采用现成的模块会使设计、建置和规范遵循过程变得更为简单。有些模块还提供PCIe接口,例如MPCI-L2LTE,它可支持多频LTE,以及HSPA+和GPRS/EDGE标准。此模块符合LTECat.4标准,速度最高可达150Mbit/s,并有适用于美国和欧洲/亚洲的不同版本,让标准遵循更为容易。另一个须注意的重要特性是温度范围,特别是针对汽车和远程监控与数据聚合(Data Aggregation)应用。MPCI-L2是很好的例子,它能达到-40到+85℃的操作范围。

当系统须要经常升级,或是需要与计算机系统有直接接口时,采用能够即插即用的PCIe方案是不错的选择。但是,对空间和成本受限的大批量应用来说,模块会是设计人员的更佳选择。

这款模块的设计是以TOBY-L2系列为基础。除了支持LTE/HSPA+/GPRS标准,此模块采用易于制造的LGA封装,以及「套迭式」设计概念,能让客户将电路板配置为支持不同的模块外型尺寸,还能随未来的需求变更支持不同的无线技术。

通常,设计人员会取得接脚对接脚兼容性产品,但此作法会限制尺寸大小,因此,若未来须要升级,最好还是采用套迭式模块。

在未来,升级很可能是必需的。现在,150Mbit/s的下载速度已能充分满足汽车路由器的需求。车载LTE路由器可为汽车提供100Mbit/s(LTECategory3)的高速下行速度,这已足以支持五个平行的高画质电视频道,更能支持乘客使用的各种视屏、语音、因特网存取和社交媒体应用。

若与车载导航系统结合,还能根据汽车所在位置推播内容,例如,可提供有关附近景点或服务的丰富影片信息。

当然,为了扩展这些功能,电信业者就必须负责投入资本支出,但是串流服务的营收却是由OTT供货商取得,而不是电信业者。因此,电信业者必须进一步采取行动,重新检视其商业模式。

除了串流服务,另一个可为服务供货商和独立业者带来绝佳商机的应用是为汽车、卡车或救护车提供车队管理服务。

在北美的多家电信业者中,Verizon是积极掌握商机的一家。它的Network fleet解决方案采用GPS实现准确的位置追踪,并通过安全的无线网络将车辆数据传送到Network fleet数据中心。Network fleet装置可全年无休地监测车辆位置、引擎诊断,以及其他的车队绩效指标。

车队业者可存取安全的Network fleet网站,以接收车辆警示、追踪车辆位置、以及监控驾驶行为。利用PC、智能型手机和平板计算机,管理人员能监控车队追踪数据,以便实时制定更低成本的决策并提升车队绩效。

Network fleet的服务模型可与物联网(IoT)汇聚,通过持续地收集与分析资料来实现更佳的商业成效。举例来说,以预测式维护为基础的长期数据分析,能有效预防故障的发生。ODIN-W2便是可用来实现此一目标的设计,它是精巧但功能强大的独立式多重无线电(Multiradio)模块,适用于物联网应用。此模块还能提供嵌入式驱动程序、堆栈和应用程序,供无线数据传输和AT指令配置之用。它的无线支持包括双模蓝牙v4.0(传统蓝牙和低功耗蓝牙),以及双频Wi-Fi(2.4GHz和5GHz频段)。此模块还能被用来作为点对点序列缆线的替代方案。

ODIN-W2支持多种可在无线多点连接(Wireless Multidrop)或延伸数据模式(Extended Data Mode)中并存的蓝牙和Wi-Fi连接,以实现先进的多点功能。

EMMY-W1模块增加了NFC功能,而ELLA-W1模块是端到端的蓝牙、Wi-Fi解决方案,并具备MAC/基频以及一个可连接到主机的SDIO接口。

请注意,IoT也适用于驾驶:驾驶行为的监测和分析,包括睡着或危险驾驶等,都有助于防止意外产生。

LTE+GPS=无人驾驶汽车

然而,车队管理技术的应用只是起点而已。受惠于支持GPSLTE功能的模块与系统日渐普及,无人驾驶汽车的目标已经不再遥不可及。例如,NEO-M8L独立式模块结合了高效能同步定位引擎与3D汽车惯性导航(ADR)技术,可为道路汽车应用提供100%的覆盖范围与持续的3D定位功能。

此装置非常灵敏,拥有快速的GNSS信号撷取与追踪,能轻松地整合于系统中。模块内建的3D加速器、3D陀螺仪传感器,以及速度脉冲输入(硬件或信息总线),能以持续、准确的定位效能为道路车辆ADR应用提供完整的解决方案。

NEO-M8L装置能完全改变商品和人们运输与管理的模式。现在,LTEGPS已能带来极佳的洞见,但很快地,未来在越来越多仅需很少或没有人为互动的情况下,驾驶终将会被取代。

未来,随着监控基地台部署在全球各地,其他的商业模式也将包括LTE远程视屏监控服务。电信业者能根据设备安装、设备供应与租赁、管理软件、每日使用时数(例如,只有在商店结束营业的时间,或侦测到动作时),以及视屏串流的云端储存等各种方式来收取费用。

针对数字广告牌,LTE能实现快速的影像更新,再以相关服务向广告主收费,同时云端储存和代管应用程序也将获益于更快的存取和下载。这些都将是所有电信业者能因LTE「狂潮」的普及而创造更多营收来源的契机。

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