LTE-A/MTC技術助勢　LTE M2M應用開枝散葉

物聯網(IoT)機器對機器(M2M)應用將耳目一新。繼長程演進計畫(LTE)之後，北美、日本及韓國電信商皆開始加緊腳步發展下一代先進長程演進計畫(LTE-Advanced, LTE-A)技術，可望大幅提高網路頻寬及傳輸速率，並藉此實現超高畫質(FHD)影音串流、車載資通訊(Telematics)、遠端監控、LTE Direct和LTE Broadcast等新興服務，將物聯網M2M應用推向嶄新局面。

從單純的使用者對機器(H2M)，發展至聯網設備可主動與用戶溝通的機器對使用者(M2H)應用概念，物聯網技術演進至今已有長足進步；然而，下一階段的M2M，將面臨前所未見的設計挑戰，包括如何提升傳輸速率以滿足大量、多元應用，以及如何降低軟硬體開發成本等；也因此，3GPP除研擬更高速的LTE、LTE-A標準外，也積極籌畫架構更精簡且低成本的LTE機器類型通訊(Machine-type Communication, MTC)規範，期全方位滿足未來的物聯網M2M發展需求。

晶片商/模組廠力拱　LTE加速滲透物聯網

圖1　芯訊通銷售總監李斌指出，該公司已計畫在新一代模組中導入LTE-Direct、LTE-Broadcast功能。

隨著物聯網爆炸性成長和4G網路在全球各地快速普及，人們對採用高速LTE解決方案的M2M設備需求屢創新高，因而吸引系統製造商爭相投入研發，挹注龐大的LTE晶片和模組出貨動能。

為爭搶物聯網商機，晶片商也積極改良LTE處理器，使其符合M2M設備兼具高速、低功耗和低成本設計的要求。其中，思寬(Sequans)近期已搶先發布新款LTE M2M處理器平台，除利用晶圓級封裝(WLP)技術整合網路處理器、LTE基頻和射頻(RF)晶片外，亦內建通過全球主要電信商認證的LTE通訊協定堆疊、IP多媒體子系統(IMS)用戶端設計套件和VoLTE數位介面，將有助模組廠縮減無線設備管理、分組路由和多元LTE M2M應用開發時程。

Sequans執行長Georges Karam表示，LTE進駐物聯網的首要條件是兼顧聯網效能和親民價格，基於此前提，該公司遂主打高度軟硬整合的晶片設計策略，以協助M2M模組廠開發成本直逼2G方案的LTE模組。

Karam也透露，自Sequans推出新一代LTE處理器以來，已有多家M2M模組開發商導入，可望在今年第三季陸續量產，刺激LTE在居家安全、汽車、醫療照護、穿戴式裝置和公用設施等物聯網應用領域的滲透率快速攀升。

與此同時，模組廠也正大舉投入研發LTE多頻多模M2M模組封裝、射頻前端(RF Front-end)和天線配置技術，卡位物聯網市場。

圖2　上海移遠通訊副總經理王勇認為，產品性能、技術服務、價格及生命週期將是M2M模組廠在市場上較勁的重點。

芯訊通(SIMCom)銷售總監李斌(圖1)表示，LTE網路日益成熟，包括Telematics、智慧電網(Smart Grid)、金融管理和安防監控皆已掀起導入需求，發展潛力驚人。不過，在模組技術方面，LTE定義四十多個頻段，且初期須向下相容2G和3G網路，多頻多模設計將是首要挑戰，因此該公司正加碼投資新型MINI-PCIe、表面黏著技術(SMT)等封裝方案，以推升LTE模組功能整合度。

李斌更指出，從全球電信營運商的布局動向來看，下一個物聯網金礦將是遠距醫療和穿戴式裝置，可望刺激新的LTE模組需求；尤其在電信商陸續關閉2G/3G網路，以追求最佳頻譜利用率的情況下，模組廠將加速擴張LTE單模(LTE-only)產品陣容，以緊跟電信商發展，並迎合低成本遠距醫療與穿戴式裝置設計趨勢。

上海移遠通訊(Quectel)副總經理王勇(圖2)強調，該公司已針對不同區域需求，分別出貨符合Cat. 4規格的分頻雙工(FDD)-LTE單模和多模M2M模組，並正緊鑼密鼓研發適用中國大陸市場的分時雙工(TDD)-LTE方案，將藉由多管齊下的產品策略，搶進各種物聯網應用領域。

邁向LTE-A世代　模組廠競逐CA/MIMO技術

王勇進一步指出，繼多頻多模LTE之後，全球主要電信商亦開始籌備LTE-A網路升級計畫，並相繼展開部署或試驗LTE-A載波聚合(Carrier Aggregation)、多重輸入多重輸出(MIMO)方案，期滿足用戶更大頻寬的需求，因此M2M模組廠也紛紛將這兩項技術列為今年下半年的投資重點。

李斌指出，北美第二大電信營運商--AT&T已率先宣布，將於2014年底擴大採購支援雙頻載波聚合通訊裝置，並將於2015下半年引進可實現三頻載波聚合的產品；其他國家的電信業者業已相繼揭櫫相關產品採購計畫，激勵M2M模組廠紛紛積極搶市。

據悉，芯訊通已於今年初發布首款支援載波聚合、2×2 MIMO的4G模組，並正攜手電信商進行各項認證；下半年將再推出新款LTE-A模組，增進載波聚合頻段組合和MIMO天線數量。

至於上海移遠通訊、金雅拓(Gemalto)、u-blox和司亞樂(Sierra Wireless)則將配合主要客戶的產品開發藍圖，預定在2015?2017年逐步導入雙頻/三頻載波聚合，以及2×2和3×3 MIMO天線規格。

李斌更提到，在LTE和LTE-A高速網路基礎下，針對裝置對裝置(D2D)和多媒體應用而分別開發的LTE Direct及LTE Broadcast新技術，將日益受到電信商青睞，可望實現使用者裝置直接溝通而減輕基地台資料量負擔，並利用廣播技術提供即時、適地性服務(LBS)，擴增電信商營收管道。因此芯訊通也規畫在明年初，引進高通(Qualcomm)最新LTE處理器平台，開發支援LTE Direct和LTE Broadcast通訊協定的M2M模組，以滿足電信商網路布建需求。

除競逐高速LTE、LTE-A技術外，M2M模組廠也開始聚焦低資料量、低成本且系統架構精簡的LTE MTC標準方案，期進一步擴張LTE在物聯網M2M市場的應用版圖。

MTC標準駕到　LTE M2M模組「低」調登場

3GPP為促進LTE從行動裝置跨足更廣泛的物聯網領域，將於2014年底發布Release 12版標準中的LTE MTC規範，採用Cat. 1、10Mbit/s的傳輸速率規格，並預定於2015?2016年底定Release 13標準，進一步導入Cat. 0、1Mbit/s更低傳輸速率的MTC方案，可望扭轉LTE僅著重高速網路的刻板印象，以較低設計成本進駐M2M感測、通訊、運算和即時控制應用。

MTC通訊協定架構相當精簡，可謂針對物聯網M2M應用量身打造(圖3)。其主要分為感知層、網路層和應用層，運作流程係由感測器擷取環境資訊，再利用LTE或由LTE橋接各類無線區域網路(WLAN)技術進行傳輸，最後則透過應用層串連雲端服務，可以較低成本實現裝置間溝通，減輕核心網路負擔。

圖3　LTE MTC應用概念圖

現階段，3GPP已提出幾種具潛力的LTE MTC商用方案，包括安全警報系統、遠距醫療、遠端設備維護與控制、計量儀表、穿戴式裝置，以及車隊管理、即時交通資訊回報和道路收費等追蹤應用。

司亞樂M2M部門行銷副總裁Olivier Pauzet表示，MTC出發點在於利用LTE無線廣域網路特性，讓各種物聯網M2M設備能基於同一個網路溝通，同時考量須降低LTE功耗、布建成本，並提升大量聯網裝置管理功能和可靠度；因而設定在較低速、低移動性且低成本的規格，以符合M2M應用需求。

u-blox台灣區總經理江敏楠指出，LTE MTC不僅有助縮減M2M開發成本，還能進一步實現車間通訊(V2V)等D2D應用，讓物聯網更具智慧且持續進化。

不過，LTE MTC雖為物聯網M2M應用推展注入一劑強心針，但目前還在早期討論階段，包括標準、測試規範皆尚未定調，再加上晶片供應鏈尚未成形，最快也須歷經1∼2年的設計、投片、生產和測試流程，預估2016∼2017年相關解決方案才能問世。

因此，M2M模組廠皆緊盯4G標準制定動態，以及全球4G網路布建進度，採取同步開發高速和低速LTE方案的策略，持續創造營收以支援研發開支，並避免將所有雞蛋放在同一個籃子中，降低風險。

王勇強調，由於物聯網M2M應用包山包海，因此模組廠須具備完整、高性價比的2G、3G和LTE產品線，並不斷投資新技術、方能站穩物聯網市場。