“LTE+GPS”融合式的無人駕駛汽車 - 全文

　　LTE高達(dá)1Gbit/s的理論傳輸速率與低延遲特性，可為汽車在高速移動(dòng)時(shí)提供高質(zhì)量聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，因此許多車廠已開始利用LTE模塊，或LTE+GPS的高整合模塊，開發(fā)車輛追蹤、車隊(duì)管理、緊急救援等新的車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)。

　　無線電信業(yè)者快速部署長程演進(jìn)計(jì)劃（LTE）網(wǎng)絡(luò)不僅是為了增加數(shù)據(jù)通訊的可用帶寬而已。LTE作為有史以來進(jìn)展最快速的電信標(biāo)準(zhǔn)，通過提供更好的使用者體驗(yàn)與豐富的多媒體服務(wù)與應(yīng)用，不但將開創(chuàng)數(shù)千億美元的新營收來源，同時(shí)它帶來的網(wǎng)絡(luò)管理效率還能有助于提升獲利。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(fèi)者正要求無縫、高速的連接體驗(yàn)；而車隊(duì)管理人員與大眾運(yùn)輸管理單位都已經(jīng)看到，通過把高速數(shù)據(jù)與機(jī)器對機(jī)器（M2M）通訊和正確的資產(chǎn)位置追蹤結(jié)合在一起，將能帶來顯著的營收與成本節(jié)省的潛能。

　　很顯然地，LTE正在重寫各行各業(yè)的商業(yè)與營收模式，而不僅是針對網(wǎng)絡(luò)供貨商而已。業(yè)者的下一步，是聚焦于營收時(shí)效（Time-to-revenue）。對此，重要的不只是了解LTE的意義以及它的發(fā)展方向，同時(shí)還要知道有哪些解決方案可以用來快速開發(fā)出可靠、全球適用、堅(jiān)固以及容易建置的解決方案。這類解決方案能協(xié)助裝置和系統(tǒng)開發(fā)人員專注于現(xiàn)有，以及快速進(jìn)展的下一代應(yīng)用程序，而毋須不停地投入新的連接技術(shù)開發(fā)。

　　LTE市場成長潛力龐大

　　從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，現(xiàn)有三百八十個(gè)完全商業(yè)化運(yùn)轉(zhuǎn)的LTE網(wǎng)絡(luò)能創(chuàng)造的營收成長是很驚人的，各家研究機(jī)構(gòu)的數(shù)字也僅有幾十億美元的差異而已。SNSResearch預(yù)測指出，2015年LTE服務(wù)營收將達(dá)到近1，700億美元，一直到2020年，每年的年均復(fù)合增長率（CAGR）為30%。

　　ReportsnReports在2014年5月公布的數(shù)據(jù)也很類似，它預(yù)估全球LTE服務(wù)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(dá)46%。從地理區(qū)域來看，到2018年，北美、西歐和亞太將占全球LTE服務(wù)營收的83%。

　　美國（主要是AT&T和Verizon）、南韓和日本現(xiàn)已成為LTE的初期領(lǐng)導(dǎo)者。但是，ReportsnReports指出，亞洲和非洲的開發(fā)中與未開發(fā)市場將擁有龐大的LTE商機(jī)。這是一個(gè)快速躍進(jìn)的典型案例：這些電信業(yè)者僅投資很少或沒有基礎(chǔ)建設(shè)的未開發(fā)（GreenfieldDevelopment）地區(qū)將會(huì)直接采用最先進(jìn)的技術(shù)。

　　在先進(jìn)國家，有時(shí)候「好」的基礎(chǔ)建設(shè)與服務(wù)在許多方面反而會(huì)阻礙「優(yōu)異」的基礎(chǔ)建設(shè)與服務(wù)的進(jìn)展，因此開發(fā)中國家反而能夠快速獲益。在營收展望的驅(qū)動(dòng)下，盡管成本很高，電信業(yè)者仍將持續(xù)且積極地投資LTE基礎(chǔ)架構(gòu)。他們無法承擔(dān)不投資的后果：因?yàn)橛刑嗟姆?wù)營收正岌岌可危。包含大型蜂巢基地臺(tái)（Macrocell/eNBs）、小型蜂巢基地臺(tái)（Small Cell）與EPC/移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)，SNS預(yù)期到2020年底，LTE基礎(chǔ)架構(gòu)支出將達(dá)到約330億美元，同時(shí)Reportsn Reports也預(yù)測，到2018年，全球LTE的總資本支出將達(dá)到1，800億美元。

　　LTE具高度差異化特性

　　要解釋為什么電信業(yè)者這么愿意花費(fèi)數(shù)十億元美元投資在全新的LTE設(shè)備，而且未來這些設(shè)備會(huì)與現(xiàn)有數(shù)十億美元已經(jīng)部署的2G和3G設(shè)備無法兼容，我們須了解LTE是什么、能為使用者帶來甚么樣的服務(wù)，以及能為營運(yùn)商和電信業(yè)者長期節(jié)省下來的整體擁有成本（Total Costof Ownership，TCO）。

　　LTE是Long Term Evolution的縮寫，是由第三代伙伴計(jì)劃（Third Generation Partnership Project）所定義的?！秆葸M(jìn)（Evolution）」是指朝向完全兼容的4G接口進(jìn)展，而4G標(biāo)準(zhǔn)是由ITU-R在2008年所定義的，現(xiàn)在已納入IMT-Advanced規(guī)范中。

　　IMT-Advanced4G標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)豐富的媒體應(yīng)用程序，并要求語音和數(shù)據(jù)通訊都要更換到更高效率與更低成本的因特網(wǎng)協(xié)議（IP）分組交換網(wǎng)絡(luò)。目前的網(wǎng)絡(luò)采用平行式架構(gòu)，亦即以電路交換網(wǎng)絡(luò)處理語音，并以分組交換網(wǎng)絡(luò)處理數(shù)據(jù)。

　　IMT-Advanced還要求更佳的設(shè)備使用率，并能根據(jù)用戶密度、以及其他效率條件來混合小型基地臺(tái)與大型基地臺(tái)。

　　針對使用者，IMT-Advanced設(shè)定了應(yīng)如何利用不同的調(diào)變方式、帶寬設(shè)定、操作頻率、延遲需求和載波格式來更有效利用頻譜。帶寬使用意味著更高的移動(dòng)下載速率，在汽車或大眾交通工具內(nèi)至少為100Mbit/s，而在家或在公共場合走動(dòng)時(shí)，靜態(tài)或移動(dòng)的下載速率為1Gbit/s。

　　ITU-R在2008年提出規(guī)范建議時(shí)，這些功能都還沒有。技術(shù)還沒有準(zhǔn)備好，同時(shí)電信業(yè)者也尚未準(zhǔn)備好部署這些功能。在那時(shí)候，業(yè)界同意，只要能提供比W-CDMA、UMTS、EV-DORev.A、HSPA3.6和HSPA7.2等3G網(wǎng)絡(luò)更佳的下載速率，LTE便可被稱為4G技術(shù)。

　　這些3G網(wǎng)絡(luò)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(shù)，LTECategory4（Cat.4）的速度更快，現(xiàn)在已能達(dá)到150Mbit/s，并利用Voiceover LTE（VoLTE）技術(shù)持續(xù)地快速演進(jìn)，朝完全的分組交換網(wǎng)絡(luò)進(jìn)展。

　　LTE持續(xù)演進(jìn)，現(xiàn)在正推出載波聚合（Carrier Aggregation）和其他技術(shù)，以達(dá)到1Gbit/s的下載速度。當(dāng)此目標(biāo)實(shí)現(xiàn)時(shí)，LTE將跨入如同IMT-Advanced所定義的「真正4G」范疇。在那時(shí)候，它將成為LTE-Advanced。在此之前，LTE技術(shù)的演進(jìn)與服務(wù)營收動(dòng)能，將持續(xù)增強(qiáng)并有令人振奮的進(jìn)展。

　　2015年4月，在Bankof AmericaMerrill Lynch于紐約舉辦的2015年汽車高峰會(huì)議上，通用汽車（GM）宣布，該公司為汽車與卡車提供的OnStar4GLTEWi-Fi熱點(diǎn)服務(wù)可在未來3年內(nèi)帶來3.5億美元的獲利。通用汽車的財(cái)務(wù)長稱這是「尚未開發(fā)且被低估的商機(jī)」。

　　OnStar嵌入式車載資通訊系統(tǒng)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(xiàn)在，GM已在北美超過三十款2015年的車款中推出4GLTE服務(wù)。未來也計(jì)劃將在海外市場推出。

　　圖1 GM于2011年率先業(yè)界發(fā)表LTE車用視屏串流服務(wù)，并于2014年進(jìn)一步擴(kuò)展。數(shù)據(jù)源：Moto rAuthority

　　通用汽車的率先部署反映了使用者的真正需求。隨著從智能型手機(jī)到平板計(jì)算機(jī)和筆記本電腦等移動(dòng)裝置上的OTT（Over-the-top）視屏服務(wù)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(wù)質(zhì)量。

　　IDC分析師也提出了與此趨勢相關(guān)的一些數(shù)據(jù)：在一項(xiàng)智能型手機(jī)的調(diào)查中，有54%的智能型手機(jī)用戶會(huì)串流視屏內(nèi)容，而在美國，有27%的受訪者表示，他們會(huì)在智能型手機(jī)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(cái)報(bào)會(huì)議的內(nèi)容指出，歐洲的視屏流量成長了將近90%。4GAmericas也預(yù)測，移動(dòng)視屏流量到2018年時(shí)將增加70%。

　　在IP高質(zhì)量媒體、導(dǎo)航、語音和數(shù)據(jù)通訊需求的推動(dòng)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功能卻不是那么容易的。這也是為什么通用汽車一次只在一個(gè)國家提供這項(xiàng)服務(wù)，而其中的一個(gè)理由是必須能夠通過國際性的無線規(guī)范。

　　眾所皆知，無線通信設(shè)計(jì)的難度極高。干擾、發(fā)射、天線擺放、以及規(guī)范都會(huì)延遲設(shè)計(jì)的進(jìn)展。而當(dāng)談到汽車應(yīng)用時(shí)，無線通信更須正確、且符合標(biāo)準(zhǔn)。

　　現(xiàn)在正是設(shè)計(jì)人員面臨「自行開發(fā)或購買」決策的時(shí)間點(diǎn)，同時(shí)已有越來越多的設(shè)計(jì)人員決定采用「購買」的方式。因?yàn)?，?dāng)客戶能輕松取得「立即可用」的模塊時(shí)，重頭開發(fā)的投資報(bào)酬率并不劃算。

　　采用現(xiàn)成的模塊會(huì)使設(shè)計(jì)、建置和規(guī)范遵循過程變得更為簡單。有些模塊還提供PCIe接口，例如MPCI-L2LTE，它可支持多頻LTE，以及HSPA+和GPRS/EDGE標(biāo)準(zhǔn)。此模塊符合LTECat.4標(biāo)準(zhǔn)，速度最高可達(dá)150Mbit/s，并有適用于美國和歐洲/亞洲的不同版本，讓標(biāo)準(zhǔn)遵循更為容易。另一個(gè)須注意的重要特性是溫度范圍，特別是針對汽車和遠(yuǎn)程監(jiān)控與數(shù)據(jù)聚合（Data Aggregation）應(yīng)用。MPCI-L2是很好的例子，它能達(dá)到-40到+85℃的操作范圍。

　　當(dāng)系統(tǒng)須要經(jīng)常升級，或是需要與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)有直接接口時(shí)，采用能夠即插即用的PCIe方案是不錯(cuò)的選擇。但是，對空間和成本受限的大批量應(yīng)用來說，模塊會(huì)是設(shè)計(jì)人員的更佳選擇。

　　這款模塊的設(shè)計(jì)是以TOBY-L2系列為基礎(chǔ)。除了支持LTE/HSPA+/GPRS標(biāo)準(zhǔn)，此模塊采用易于制造的LGA封裝，以及「套迭式」設(shè)計(jì)概念，能讓客戶將電路板配置為支持不同的模塊外型尺寸，還能隨未來的需求變更支持不同的無線技術(shù)。

　　通常，設(shè)計(jì)人員會(huì)取得接腳對接腳兼容性產(chǎn)品，但此作法會(huì)限制尺寸大小，因此，若未來須要升級，最好還是采用套迭式模塊。

　　在未來，升級很可能是必需的。現(xiàn)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（LTECategory3）的高速下行速度，這已足以支持五個(gè)平行的高畫質(zhì)電視頻道，更能支持乘客使用的各種視屏、語音、因特網(wǎng)存取和社交媒體應(yīng)用。

　　若與車載導(dǎo)航系統(tǒng)結(jié)合，還能根據(jù)汽車所在位置推播內(nèi)容，例如，可提供有關(guān)附近景點(diǎn)或服務(wù)的豐富影片信息。

　　當(dāng)然，為了擴(kuò)展這些功能，電信業(yè)者就必須負(fù)責(zé)投入資本支出，但是串流服務(wù)的營收卻是由OTT供貨商取得，而不是電信業(yè)者。因此，電信業(yè)者必須進(jìn)一步采取行動(dòng)，重新檢視其商業(yè)模式。

　　除了串流服務(wù)，另一個(gè)可為服務(wù)供貨商和獨(dú)立業(yè)者帶來絕佳商機(jī)的應(yīng)用是為汽車、卡車或救護(hù)車提供車隊(duì)管理服務(wù)。

　　在北美的多家電信業(yè)者中，Verizon是積極掌握商機(jī)的一家。它的Network fleet解決方案采用GPS實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的位置追蹤，并通過安全的無線網(wǎng)絡(luò)將車輛數(shù)據(jù)傳送到Network fleet數(shù)據(jù)中心（圖3）。Network fleet裝置可全年無休地監(jiān)測車輛位置、引擎診斷，以及其他的車隊(duì)績效指標(biāo)。

　　車隊(duì)業(yè)者可存取安全的Network fleet網(wǎng)站，以接收車輛警示、追蹤車輛位置、以及監(jiān)控駕駛行為。利用PC、智能型手機(jī)和平板計(jì)算機(jī)，管理人員能監(jiān)控車隊(duì)追蹤數(shù)據(jù)，以便實(shí)時(shí)制定更低成本的決策并提升車隊(duì)績效。

　　Network fleet的服務(wù)模型可與物聯(lián)網(wǎng)（IoT）匯聚，通過持續(xù)地收集與分析資料來實(shí)現(xiàn)更佳的商業(yè)成效。舉例來說，以預(yù)測式維護(hù)為基礎(chǔ)的長期數(shù)據(jù)分析，能有效預(yù)防故障的發(fā)生。ODIN-W2便是可用來實(shí)現(xiàn)此一目標(biāo)的設(shè)計(jì)，它是精巧但功能強(qiáng)大的獨(dú)立式多重?zé)o線電（Multiradio）模塊，適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。此模塊還能提供嵌入式驅(qū)動(dòng)程序、堆棧和應(yīng)用程序，供無線數(shù)據(jù)傳輸和AT指令配置之用。它的無線支持包括雙模藍(lán)牙v4.0（傳統(tǒng)藍(lán)牙和低功耗藍(lán)牙），以及雙頻Wi-Fi（2.4GHz和5GHz頻段）。此模塊還能被用來作為點(diǎn)對點(diǎn)序列纜線的替代方案。

　　ODIN-W2支持多種可在無線多點(diǎn)連接（Wireless Multidrop）或延伸數(shù)據(jù)模式（Extended Data Mode）中并存的藍(lán)牙和Wi-Fi連接，以實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的多點(diǎn)功能。

　　EMMY-W1模塊增加了NFC功能，而ELLA-W1模塊是端到端的藍(lán)牙、Wi-Fi解決方案，并具備MAC/基頻以及一個(gè)可連接到主機(jī)的SDIO接口。

　　請注意，IoT也適用于駕駛：駕駛行為的監(jiān)測和分析，包括睡著或危險(xiǎn)駕駛等，都有助于防止意外產(chǎn)生。

　　LTE+GPS=無人駕駛汽車

　　然而，車隊(duì)管理技術(shù)的應(yīng)用只是起點(diǎn)而已。受惠于支持GPS和LTE功能的模塊與系統(tǒng)日漸普及，無人駕駛汽車的目標(biāo)已經(jīng)不再遙不可及。例如，NEO-M8L獨(dú)立式模塊結(jié)合了高效能同步定位引擎與3D汽車慣性導(dǎo)航（ADR）技術(shù)，可為道路汽車應(yīng)用提供100%的覆蓋范圍與持續(xù)的3D定位功能。

　　此裝置非常靈敏，擁有快速的GNSS信號擷取與追蹤，能輕松地整合于系統(tǒng)中。模塊內(nèi)建的3D加速器、3D陀螺儀傳感器，以及速度脈沖輸入（硬件或信息總線），能以持續(xù)、準(zhǔn)確的定位效能為道路車輛ADR應(yīng)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(yùn)輸與管理的模式。現(xiàn)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(dòng)的情況下，駕駛終將會(huì)被取代。

　　未來，隨著監(jiān)控基地臺(tái)部署在全球各地，其他的商業(yè)模式也將包括LTE遠(yuǎn)程視屏監(jiān)控服務(wù)。電信業(yè)者能根據(jù)設(shè)備安裝、設(shè)備供應(yīng)與租賃、管理軟件、每日使用時(shí)數(shù)（例如，只有在商店結(jié)束營業(yè)的時(shí)間，或偵測到動(dòng)作時(shí)），以及視屏串流的云端儲(chǔ)存等各種方式來收取費(fèi)用。

　　針對數(shù)字廣告牌，LTE能實(shí)現(xiàn)快速的影像更新，再以相關(guān)服務(wù)向廣告主收費(fèi)，同時(shí)云端儲(chǔ)存和代管應(yīng)用程序也將獲益于更快的存取和下載。這些都將是所有電信業(yè)者能因LTE「狂潮」的普及而創(chuàng)造更多營收來源的契機(jī)。