在現今的電子產業中，特別是車隊和資產管理系統這類物聯網(IoT)與機器對機器(M2M)應用，通常9個月到1年就要升級，但產品的整體使用壽命則可長達10年之久。
在這段期間，設計人員須持續改善產品，以符合新興的技術標準，並滿足原始設計時未考慮的區域性市場需求。對同時採用全球定位和嵌入式無線通訊設計的典型產品來說，主要會有全球定位標準持續興起與各地區行動通訊市場需求迥異兩方面的挑戰。
全球定位技術新標準持續發布
長久以來，全球衛星定位系統(GPS)一直是唯一可用的定位技術，因此設計人員僅須專注提升效能，如升級至靈敏度更高的接收器，或加入輔助GPS功能等。隨著俄羅斯GLONASS衛星系統於2011年底正式營運，已成為第二種可用的導航系統選擇。
這意味著設計人員必須克服與GLONASS相容性的區域性需求。舉例來說，俄羅斯的車輛緊急呼叫系統「ERA-GLONASS」，強制規定定位接收器須具備GLONASS相容性。此外，因為訊號往往會被阻擋，現在的追蹤應用裝置也須具備GPS與GLONASS並備的衛星追蹤能力，才能提升追蹤應用裝置在大樓林立都會區的效能。
很快地，上述情況會因為中國和歐盟自有的衛星導航系統北斗二號及伽利略(Galileo)而益形複雜。日本也已發射三衛星架構GPS增強系統「QZSS」中的第一衛星，以改善東京等都會區的導航效能。在不久的未來，M2M模組內建二、三、四，甚至五種衛星技術的全球導航衛星系統(GNSS)將會是標準需求。
各區域行動通訊市場需求大不同
由於不同的政策考量，以及避免使用已被占用的頻譜，再加上不斷推陳出新的標準，全球已發展為採用多種不同行動通訊標準和不同頻段的各個區域與國家。通常全球行動通訊系統(GSM)、CDMA2000、通用行動通訊系統(UMTS)和長程演進計畫(LTE))等多種標準會同時共存。
由於汽車與消費性產品的產品供應鏈會橫跨到多個國家或甚至不同的大陸區域，因此，須回報船舶或車輛資訊的追蹤和資產管理系統，必須克服多重區域相容性的問題，才能保持無線互連。有鑑於此，GNSS接收器和無線模組元件便開始興起，以因應這些技術開發需求。
設計人員遭遇的問題包括當設計下一代產品時，如何能重複使用現有的軟體和硬體研發投資？如何變更印刷電路板(PCB)布局和將重新設計的成本降至最低？選用的GPS/GNSS接收器或無線模組能確保供貨10年嗎？供應商能跟上市場的創新週期，讓終端產品提供包括多重GNSS支援和2G/3G/4G行動相容性等最新特性嗎？供應商能維持穩健、業界認可的汽車等級品質計畫，如AEC-Q100、ISO 16949、16750，或是有特定的品質計畫嗎？或是能耐受以貨櫃或鐵路運送的高振動嗎？
為解決上述問題，M2M模組的核心設計概念是，維持外型尺寸和軟體的連續性，讓客戶能輕鬆以新的全球定位或無線模組為產品升級。此做法的效益非常明顯，每當業者推出新版本的模組產品時，客戶毋須變更PCB設計，只要將下一代模組放到現有PCB上的位置，就能開始測試。
LCC封裝為無縫升級關鍵
M2M業者已開發精巧的無接腳晶片承載(LCC)外型封裝，做為GNSS和行動通訊模組業界標準。此外，表面黏著(SMT)封裝是M2M業者定位和無線模組系列產品的基礎。除為設計人員提供順暢的升級路徑，外型尺寸連續性還有助輕鬆互換模組產品，以適應終端產品鎖定特定區域或特性組合的需求。
套疊式設計使產品升級順暢無阻
在設計無線模組產品以配合GSM、UMTS和/或CDMA2000變異版本，或需要不同頻段的特定區域版本時，PCB布局問題會帶來許多昂貴的設計與後勤問題。
避免此問題的方法很簡單，即讓所有的無線模組都具相容性。透過套疊式(Nested)設計，僅須設計一種PCB布局，就能供所有不同的終端產品版本使用。這就是M2M模組業者在GSM/GPRS、UMTS/HSPA和CDMA2000無線模組系列中都維持外型尺寸相容性的原因(圖1)。
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| 圖1 運用套疊式設計，可在相同的占位面積同時容納GSM和UMTS/CDMA模組。 |
M2M模組導入4G勢在必行
由於最具成本效益，因此LTE將是行動通訊的未來，這也意味著全球電信業者將積極大規模部署這項技術。這將會對M2M和相關工業應用帶來直接影響，亦即M2M模組也須朝4G技術移轉，以維持網路相容性，並升級到頻寬更高的應用。
針對M2M應用，GNSS和無線模組設計將能協助開發人員開發下一代產品時達到滿意的結果。包括能最大化重複使用既有的軟體和硬體研發投資、避免昂貴的PCB布局變更和硬體重新設計成本、遵循最新的定位與行動通訊標準，以及採用符合汽車品質等級的元件，以確保產品品質。
(本文作者為u-blox通訊經理)