多模芯趋势：万物互联触手可及.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除多模芯趋势：万物互联触手可及物联网是个很大的词，还有一种说法叫万物互联，涵盖面之广，场景之复杂，是没有办法只通过一个技术、一个网络、一个系统来提供所有的服务的。万物互联是非常多样化的，提供的技术也是非常灵活的，这就需要根据实际的情况配置所需的通信和计算能力。面对宽泛多样的物联网，我们简单列了几种连接技术。例如蓝牙、NFC、ZigBee等短距离的连接技术；在家庭、办公室、机场、咖啡厅，使用有增强型的蓝牙或ZigBee、Wi-Fi等局域网连接。当然Wi-Fi也有各个等级，数据率、覆盖范围，可以使用802.11ac、802.11a/b/g/n、802.11ax、1x1、2x2，最高级可以使用802.11ad，Wi-Fi可以在局域网有一个很好的覆盖；还有广域网的连接，例如要把智慧城市，所有路灯、停车场、能源管道都连接起来，就需要一个广域网，这就需要蜂窝网络技术，也就是大家最熟悉的2G、3G、4G、未来的5G技术，它是广域覆盖、全球范围内最成熟、部署最广泛的技术。蜂窝技术还有一些应用，比如说通过无线传输电表数据打包发送到电力公司，以及很多其他的技术，包括有线、无线的，高通这些年积累的，都会在未来物联网领域发挥很大的作用，如何把这些技术有机地整合在一起非常重要。刚才提到很多是蜂窝和非授权的技术，非授权的技术包括像Zigbee、蓝牙、Wi-Fi等。而专门针对物联网催生的技术，包括像Sigfox和像LoRa等900MHz频段的私有的、非授权的技术。物联网需要连接，蜂窝技术是主流那么在蜂窝和非蜂窝的通讯技术之间怎么选择？哪一个是未来的方向？非常自信地讲，蜂窝通讯技术是未来物联网连接支撑技术里绝对的主流方向。蜂窝通讯技术从2G、3G、4G到现在30多年发展下来，它的覆盖无处不在，它不需要重新部署，大家走到任何一个地方，你的手机基本都有信号。第二，它是授权频谱，是运营商花费了很大精力慎重部署的，在连接性、安全、质量方面都有充分的保证。此外，说到安全，通过这些年的发展，蜂窝技术从核心网到接收网到手机，整个链路上已经有多层的加密机制，做了大量的安全积累。最后，相当重要的一点，这个行业生态系统的从业者非常多，在网络侧有全球主流的基础设施厂商，终端侧有众多的手机厂商，在芯片侧有高通等很多从业者，大家从标准的制定到技术的发展和验证，到产品的研发和上市，以及整个网络、整个手机的优化和完善，一直在做这方面的工作。世界上最大的一个产业链，花了长时间不断地积累和完善，让蜂窝技术成为最为可靠、最为完善、最为可用的技术。蜂窝技术从2G的GSM、GPRS、EDGE到3G的WCDMA、EV-DO发展到4G LTE、4G+、载波聚合等，这东西是不是可以直接用到物联网上？其实不是的。因为这些东西都是针对人与人的通信，针对手机设计的，但是物联网提出的要求和手机是有比较大的区别的。所以在2016年6月，全球标准化组织3GPP组织在比较短时间里面，制定了两个新的蜂窝技术标准，还是属于4G无线通讯或者LTE的范畴。这两个技术，根据3GPP组织的名称，一个叫Cat-M1 (也叫eMTC)，另一个叫Cat-NB1 (也叫NB-IoT)。有了这两个行业标准之后，后面做基站、做芯片、做应用服务的，大家都会跟进。Cat-M1和Cat-NB1技术相辅相成，完善产业链和应用服务和一路往上走的Cat.6、Cat.12、Cat.16、Cat.18相反，这两个技术往下走，主要任务是降低系统复杂度和降低系统成本、提高系统的续航时间；去掉不需要的高数据率、高移动性、超强传输能力，根据物联网的要求度身定制，达到提升电池寿命、降低成本、提升小区内部署总量的要求，实现其他的益处。那这两种技术是如何实现4G调制解调器的海量部署、规模经济和超长生命周期的呢？主要方法是降低复杂度。首先，就要放弃掉原来LTE对数据速率的追求，绝大部分物联网的应用并不需要超高的数据率。绝大部分物联网应用在1Mbps或者几百kbps、几十kbps就够用了。另外一个复杂度的降低来自于带宽。大家知道一个LTE载波是20MHz，而到物联网带宽有了明显的下降：Cat-M1只需要1.4MHz系统就够了，Cat-NB1需要200KHz，所需带宽非常窄，部署起来也比较容易。所以方法其实非常灵活。Cat-M1和Cat-NB1可以支持半双工，先下行或者上行，不会并行收发。在部署的模式上，Cat-M1在FDD或者TDD都可以部署，Cat-NB1到现在为止只能部署FDD。半双工、双工也主要为了降低系统的成本和芯片复杂程度，从滤波器方面可以大幅度降低成本。还有一个降低系统复杂度的关键因素就是移动性。NB-IoT没有移动性，那我只能站在固定的点上传数据，在有服务的小区才可以工作；而Cat-M1则有比较充足的移动性，能保证从一个蜂窝走到另外一个蜂窝的时候，经历了跨基站切换，也有一套机制保证传输的数据不会被切断，到了其他的小区也一切如常，这就是移动性。另外还有一点是语音。VoLTE就是LTE语音。为了降低成本和复杂程度，Cat-NB1完全没有任何语音，而Cat-M1还保留了VoLTE。这个也很重要，在一些异常情况发生时你第一个想法一是打电话求助，到最关键的时候还是需要语音传输。还有一点就是部署的密度，就是一个小区里面能放多少节点、模块。原来手机是几百、上千的数量级，但在LTE物联网的应用中，一个小区里面基本是上千上万或者更多的海量部署。另外要提一下穿透性，这两种技术相比原来传统LTE穿透性明显提高。比如停车位的智能模块，既要传数据还要有传感器，而这个设计可能需要放在地下三层的停车位的水泥地以下，所需要的穿墙的能力和手机相比也有明显提高。所以这两种技术在穿透性上都有提升，Cat-M1穿墙的能力明显增强。Cat-NB1因为它很大程度是针对表计类来设计的，所以对穿墙能力要求更高。此外，和LTE比，Cat-M1、Cat-NB1另外的增强点就是充一次电能撑得更久。Cat-M1和Cat-NB1要求充一次电用到五到十年、或者十年以上。第一是因为它们是海量部署，第二是因为这些模块要嵌入到墙里面、地板下面、机器里面，成本都很高,要整修就要耗费巨大的成本。还有一个重要的考虑点，有没有软件升级能力。Cat-NB1下行只有20kbps，大概就是15年前、20年前拨号上网的速度。这个东西要装到墙里后，运营商的思路改变了，要进行软件升级，对时间和经费都是巨大的损耗。而Cat-M1的速率是兆级（1Mbps），可以用几分钟或者半个小时的时间升级固件，所以Cat-M1在升级维护上有明显的优势。很多不同运营商投入Cat-NB1和Cat-M1，基本上全球的运营都处于同时测试、认证这两个标准的状态。现在市场还没有真正发展起来，还处于尝试商业模式的阶段，服务也没被创造出来。另外，这两个技术非常新，它的能力还需要在未来各种应用服务中验证。同时每个运营商的频段模式还有不同的要求，部署这两个标准对运营商而言也是巨大的投入，运营商要先充分测试。目前，全球的主流运营商已经确认会部署Cat-M1，基本可以看到北美、欧洲、日本、澳大利亚都在部署。中国的运营商也在进行Cat-M1测试，和Cat-NB1是并行的。Cat-NB1基本上是把LTE的能力压缩到极致了，它追求的是最低的成本，最长的续航时间，主要是低成本，它没有移动性、没有语音、数据率非常低，它比较适合对成本很敏感、海量的数据、但是单个能力要求比较弱的应用。大家会联想到各种表计类、环境监控、简单的停车控制、楼宇里面简单的大门开关等比较简单的用例。如果需要更智能、需要传输数据、人员参与、语音、移动性的应用场景，Cat-NB1就力不从心了。此外，Cat-NB1的响应速度也是比较差的，不要期望Cat-NB1带来很实时的响应，有些关键业务。未来物联网必选：多模多频说到Cat-M1和Cat-NB1这两个模式能力有重叠，但很多时候也是错开、互补的，未来应用各不相同。最好的办法是把两种模式都放在一起，会带来非常多的益处。图上深红色代表的是Cat-M1技术，它强调的是移动性和较高的数据速率，但其在网络覆盖和功耗上逊于Cat-NB1。而图上浅色区域代表的是Cat-NB1技术，该技术在网络覆盖、功耗、部署灵活性，以及成本优化方面相较Cat-M1表现更好。Cat-M1和Cat-NB1两种技术优势有所不同，因此客户在选择应用服务或者网络部署时，只能根据相关技术优势进行选择，但要非常精准预测未来3年、5年或15年之后所部署的服务和采用的技术，是很难做到的。但是，如果无论未来相关的条件发生什么变化，模块总能够很容易满足各类需求和调整，并可以通过升级软件应对相关调整，那说的就是双模模块的原理。如果将Cat-M1和Cat-NB1集成于一个模块中，两个技术拥有的优势在双模中仍然存在，优势重叠。从总体成本来考虑，拥有灵活的实用性可以降低重复部署、动工和升级相关占比较大的成本。 而在双模的基础上还有全球双模技术，意味着这两个模式也能够部署在4G LTE的频段上。目前已知的主流频段大约有15-16个，但其实可能有超过30个潜在频段要对其进行部署。如果有一个模块同时拥有这两种技术并支持所有频段，那么该模块可以在全球任何应用场景部署。无论未来的网络制式或频段如何调整，该模块仍然可以工作。通过安装一次可以获得十年的工作生命周期，就能抵消任何不确定性和相关网络调整的可能性。而高通则一直致力促成全球多模、多频的模块设计。目前已经可以为客户提供的模块也是多模、多频的全球模块，这个概念受到了广大芯片厂商和系统厂商的欢迎。这是因为运营商需要重大的投入，并非常依靠物联网业务，那么运营商可以利用双模多频的模块，通过时间充分去验证这两个技术，并进行各种实验，从而推测哪个生意模式能够成功。高通在芯片和模块致力于通过一个模块支持所有的模式，支持Cat-M1和Cat-NB1。通过一个可随时的升级的软件，以及一套支持所有已知的中频和低频频段的射频这三样关键技术，保障未来。 高通刚刚推出的为Cat-M1和Cat-NB1定制的多模多频的芯片称为MDM9206，其优势在于，首先它支持该Cat-M1和Cat-NB1两种模式，高通在3GPP标准中是一个积极的贡献者。无论对于技术的验证，还是对于芯片的开发，高通均位于行业的前列。该芯片支持Cat-M1、Cat-NB1的全球所有频段。除此之外，得益于高通在定位系统的出色表现，MDM9206还集成了GPS、格纳洛斯、北斗以及伽利略全球导航卫星定位服务，并且不需要通过任何附加的芯片或者接收器，而是直接嵌入到该芯片中，并且与高通的4G功能充分整合。试想一下未来的共享单车、车联网或者是追踪器，主要针对具有移动性的使用场景，可以通过其定位功能马上展现不一样的能力。该模块一定要和传感器结合在一起，而传感器要放在一个系统控制器上，从而处理读取的各种数据，并将处理过后的再通过调制解调器发到云端，并通过云端在发给用户各类应用。因此高通认为可以将处理器集成在模块里，无需再外挂处理器。所以高通同时在MDM9206中集成了Cortex A7处理器。此外，该模块还支持Linux操作系统和Thread操作系统。MDM9206拥有处理器、操作系统以及很多硬件的接口，还拥有挂靠传感器的接口。因此MDM9206不仅是通信芯片，也是一个系统控制器。用户可以发出命令，收起窗帘，操作喷水，也可以打开LED灯，这些都可以通过MDM9206实现。所以它可以被视作为一个小型SoC，具备计算的能力。此外，MDM9206还支持语音功能，这两种技术里面都具备省电模式和eDRX，这些技术均来自LTE演进，并进行了了调整。高通在LTE网络领域耕耘了很久，我们对这些技术非常熟知。而高通在VoLTE、4G语音以及省电模式上的技术也都是行业领先的。高通和所有的网络设备运营商以及全球运营商做了大量的研讨，针对4G技术都做了常年的优化和测试，其表现非常稳定、成熟和高效。在调制解调器之外，高通为支持模块也做了大量的集成，因此MDM9206还是比较受欢迎的。高通不久之前和网络设备供应商爱立信以及北美运营商AT&T基于Cat-M1进行了语音的测试，获得了很好的测试效果。此外，高通还和合作伙伴密切合作，进行了一系列基于该芯片的认证工作。高通和中国移动、爱立信在去年年底进行了Cat-M1的试验。高通也和中国移动签署了战略谅解备忘录，和中国联通以及爱立信也完成了Cat-M1的测试，本月和华为共同宣布首次打通TDD eMTC标准空口First Call，因为华为也有Cat-M1 TDD模式空口的试验，双方合作取得了好的结果。MDM9206芯片具有多模多频，并集成了CPU和定位技术，在主流运营商中其采用度非常高，绝大部分客户是模块OEM厂商。目前主流做模块OEM厂商基本都在用MDM9206芯片开发模块。另外，物联网产业链和手机产业链不太一样，物联网的产业链要长的多，有的企业做芯片，进而卖给模块厂商做各种各样的模块。模块厂商做个次级厂商，并在机器上集成传感器，次级厂商再将产品卖到各类产品中，在硬件上需要一层层完成。而产品上还要积累六到七层不同的软件，有操作系统、安全软件、产品管理等等，最后达到完善的服务，因此软件硬件都是很长的产业链。总体而言，高通的直接客户模块OEM厂商基本上对于MDM9206采用度非常高，该芯片应该是全球采用度最高的物联网芯片之一。5G也是一个热点，大概在2019年到2020年开始起步。高通对5G三个大的愿景：第一是增强型的宽带，通讯数