GNSS LTE M2M 車聯網

導入高速LTE通訊方案 M2M模組開創車聯網新藍海

2015-04-06
隨著4G網路環境布建日趨完善,車用M2M模組也將逐步轉移至LTE通訊方案。目前車用M2M可粗略分成安全管理與影音娛樂兩大領域,未來朝高速、低延遲4G LTE通訊,並整合GPS或定位能力更精準的GNSS系統已成為必然的發展方向。
機器對機器(M2M)正擴大整合4G長程演進計畫(LTE)高速網路,促進相關應用的擴展全速起飛;尤其在無線通訊的網路頻寬持續增加下,車用M2M系統可以用更短的耗時完成影音串流,也能在多元應用環境下同步處理車載資通訊(Telematics)、智慧運輸系統(Intelligent Transportation System, ITS)、車隊追蹤等應用所需的資料,大添使用價值。

與此同時,汽車周邊產業亦可藉由更完善的4G LTE M2M模組,在高速、低延遲的LTE通訊平台架構下加速實現失竊車輛尋回(Stolen Vehicle Recovery System, SVR),以及新型態的UBI(Usage Based Insurance)保險方案,進而提供更完整的汽車聯網服務。

無庸置疑,車聯網應用正如火如荼發展,舉凡餐飲、購物、保險等行業將逐漸融入到車載行業,就和智慧手機普及以後,各類應用程式(APP)的開發熱潮一樣,許多型態的車載APP、車聯網系統也將應運而生,而這些與資料訪問相關,位置服務相關的應用,都須建立在車載智慧平台之上,並以穩定的通訊和定位技術為基礎。

滿足多元車載影音應用 M2M模組廠競逐LTE方案

4G LTE透過行動裝置進入人們日常生活後,下一步將為車聯網的發展帶來飛躍成長。4G具備的高頻寬和低延遲特色,將使高畫質(HD)音訊和視訊傳輸更加順暢;如此一來,汽車就能導入即時的視訊診斷系統,並提供更精確的即時交通資訊,做為駕駛決策的重要參考依據,也因此,許多車廠已紛紛提出LTE高速無線通訊模組的需求。

因應市場設計趨勢,M2M模組開發商正大舉投入開發新一代LTE M2M解決方案,並朝向兼容2G/3G、FDD-LTE、TD-LTE的多頻多模架構發展。舉例來說,M2M模組廠已研製出一款雙模LTE模組,除支援下行速率高達100Mbit/s的4G高速資料傳輸外,亦相容增強型高速封包存取(HSPA+)、通用行動通訊系統(UMTS)、EDGE、全球行動通訊系統(GSM)和整體封包無線電服務(GPRS)等多種行動網路標準。

此外,針對各區域市場需求,M2M模組廠亦須符合當地電信營運商的網路規範,並須因應不同地區的標準,發展多版本的LTE M2M解決方案。以上海移遠通信為例,其開發歐洲、北美和中國大陸三個版本的LTE M2M系列模組,可支援歐盟緊急呼叫系統(eCall)、遠端差分韌體升級(Delta FOTA)等各區域市場設計需求,進而簡化車廠設計流程並加快產品上市時間。

雖然LTE正快速從行動裝置領域切入汽車市場,但凡是和車載相關的零組件,最被關注的一定是產品品質,因此,國際標準組織(ISO)早於2002年3月就公布一項行業性的品質要求規範--ISO/TS16949,適用於整個汽車產業生產零組件與服務的供應鏈,所有要進入車載行業的產品,必須先通過此項認證。

ISO/TS16949認證對零組件製造商提出非常高的要求,相關M2M模組廠正積極進行產品測試和認證,期符合此一車載規範,進而加速進軍車載資通訊設備市場。因此,不少M2M模組廠的生產工廠已取得IS0/TS16949認證。

除符合區域市場、標準組織的要求外,LTE M2M模組供應商也持續關注LTE標準動態與技術演進趨勢,期滿足市場不斷推陳出新的資訊和影音應用,以下將一一介紹車載M2M系統關鍵技術發展趨勢。

MIMO天線大幅提高資料速率

多重輸入多重輸出(MIMO)天線架構係LTE的關鍵技術,其指在發射端和接收端分別使用多個發射天線和接收天線,使訊號通過發射端與接收端的多個天線傳送和接收。在無線通訊領域中,MIMO天線是具有重要意義,該技術能在不增加頻寬的情況下,使通訊系統的資料輸送量倍增,同時能提升傳送距離和頻譜利用率。

現階段,許多M2M模組廠商皆已採用MIMO技術,擴展無線訊號傳輸距離及天線可接收訊號範圍,並進一步改善訊號抗干擾性,使LTE封包傳輸更加精準快速。

高整合GNSS克服定位盲區問題

M2M模組內建全球導航衛星系統(GNSS)接收器亦是重要設計趨勢,車廠可藉此打造更高整合度的車載資通訊平台。

GNSS整合全球衛星定位系統(GPS)和GLONASS兩套定位系統,與單獨的GPS定位系統相比,大舉增加可見衛星,有助解決單系統覆蓋率不足的問題,並縮短首次定位時間(TTFF),尤其對增強戶外惡劣環境中的定位精確度更是大有助益。

近期亦有M2M模組廠發展出gpsOneXTRA輔助定位技術,使用者產品可透過通訊模組,從網路服務器下載一個很小的XTRA檔,這個檔包含基準時鐘和長達7天的GPS/GLONASS星歷數據預測,將TTFF時間縮短到僅2秒水準。

此外,基於行動通訊技術的蜂巢定位技術可做為GNSS系統輔助方案,當車載設備進入到地下通道或城市、峽谷之中,導致GNSS訊號接收力變弱而形成盲區時,就可啟動蜂巢定位技術,利用基地台的發射訊號的資訊來定位。

車載M2M聚焦安全/平台相容性

車載應用日益繁多,對網路穩定性、安全性也有更高的要求。M2M模組做為通訊的仲介方案,須支援多種網路通訊協定以滿足上層應用的開發。近期相關模組廠已透過內嵌TCP/IP協定堆疊,提供TCP、UDP、PPP、MMS、SMTP、FTP、HTTP等網路協定支援,有助車廠和系統開發商輕鬆實現網路應用接取;此外,M2M模組也利用安全套接層協議(SSL),達成網路加密的功能。

另一方面,由Google為首的一些IT和汽車公司成立開放汽車聯盟(OAA),目標是將Android作業系統引入未來的智慧汽車;然而,既有的Linux、WinCE平台還是存在一些擁護者,因此M2M模組業者要進軍車載系統市場,就必定要支援多種作業系統。

例如新一代車用M2M模組就搭載可相容Android和WinCE的無線介面層(RIL),協助開發者基於這些作業平台進行二次設計。此外,M2M模組也開始導入第二代通用序列匯流排(USB 2.0)介面,並搭配符合Windows、Linux、Android等多種作業平台的驅動程式,以支援市面上所有主流平台設計。

至於車載資通訊應用服務層面,由歐盟發起的eCall熱潮已成為車廠和M2M模組業者關注焦點(圖1)。搭載eCall的汽車,無論在歐洲任何地方發生嚴重交通事故後,若司機和乘客失去知覺不能撥打電話,該系統便能自動撥叫歐洲統一的緊急救援電話,同時傳輸最小的緊急資料封包至公共安全應答點(PSAP),提供及時的救助服務。

圖1 eCall運作概念係透過主動通報以有效降低事故損害。

由於歐盟已強制規定新車須支援eCall,若設備廠家的產品要進入歐盟國家,就必須內建具eCall功能的M2M模組,可望帶動新一波市場需求。

車聯網開闢新藍海商機

整體而言,車聯網龐雜的產業鏈決定了其軟硬體特殊要求,也因此拓展許多設計商機。未來,車聯網將是系統、零組件供應鏈共榮的藍海,而不是競爭的紅海,唯有產業鏈中各大企業攜手合作,各施所長,打造出一個健康、可持續發展的商業模式,才能真正發揮車聯網的價值,共同於智慧汽車時代獲利。

(本文作者為上海移遠通信市場部經理)

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