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無線通訊啟動物聯網應用新格局
萬物互聯的最大動能

【作者: 王岫晨】   2017年06月28日 星期三

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物聯網(IoT)技術已經逐漸被應用於人類日常生活中的各個層面,讓每一個個人,都能隨時隨地與數十億個事物相互連接。


物聯網的應用範疇廣泛,包括消費領域,例如智慧家庭、互聯汽車和穿戴式裝置等;及工業領域,包含能源系統、農業、礦業、交通、醫療保健等。在各種不同環境下,物聯網都能發揮不同的效用,同時也因應多樣化的使用者需求。這正意味著沒有任何一項單一技術,可以有效地滿足物聯網的所有需求層面。


而目前,無線通訊技術可在促成物聯網的連接性上,發揮出關鍵作用。這些無線通訊技術包括蜂巢式、WLAN、Bluetooth低耗電、ZigBee、Z-Wave、NFC、RFID等技術。而透過這些無線通訊技術,物聯網將可在五大應用領域逐漸發光發熱,這包括手機、穿戴式裝置、聯網汽車、智慧家庭以及醫學等五大領域。


手機:無線化是關鍵

沒有任何單一技術,可以有效地滿足物聯網所有需求。而無線通訊技術可在促成物聯網的連接性上,發揮出關鍵作用。

智慧手機的問世,改變了人們溝通、導航、互動和娛樂方式。智慧手機是早晨喚醒我們的鬧鐘。享用餐點時,可以用手機或平版閱讀新聞。人們可以使用智慧型手機導航前往各地、查看天氣、收發電子郵件,以及上網訂車票或機票。無論在汽車內、火車上、山中或海灘上,隨時皆能瀏覽資訊,並遙控可連線的諸多其他無線裝置。


從家中到車內,甚至我們的健康狀況,都是無線技術的應用範疇。可連結數百萬客製化應用程式的智慧手機和平板電腦,使我們能控制和監視我們生活的世界。當今行動裝置普遍使用的無線技術包括:


‧ 2G/3G/4G/LTE – 最為普及的行動裝置技術,可在地球上幾乎任何地方實現行動連線


‧ Wi-Fi – 透過無線網路播放電視、電影或體育賽事現場直播時,智慧型手機或平板電腦便變為行動迷你娛樂中心


‧ 藍牙和低功耗藍牙 – 用於連接近距離無線裝置和周邊設備及智慧型手機和平板電腦


‧ 近距離無線通訊 (NFC) – 近距離無線通訊 (NFC),可透過智慧型手機和智慧卡實現付款和金融交易


穿戴式裝置:個人化應用是關鍵

穿戴式裝置的發展可稱得上是由無線技術領域的新創新所驅動。剛開始時,「穿戴式裝置」是有意跟蹤自己運動成就或日常身體活動的運動型人士手腕配戴設備。在今日,穿戴式裝置技術已經擴大應用在無線運動鞋、具有上網功能的強化現實眼鏡、功能萬用的智慧型手錶,甚至還能測試血糖水準的隱形眼鏡。在糖尿病患者想吃零食、需要注射胰島素或醫治時,提醒他們。在今後幾年,穿戴式裝置市場將會出現大幅度的成長。


近年來無線技術的發展,正使穿戴式裝置變得普及且價格合理。大多數人甚至不會察覺,穿戴式裝置技術能為我們帶來便利、效率和拯救生命等益處。當今穿戴式裝置的無線技術包括:


‧ 2G/3G/4G/LTE


‧ 智慧型藍牙(又稱低功耗藍牙)– 使耗電低的小型鈕扣電池可使用數月或數年,可讓穿戴式裝置在日常生活中使用無憂。也可讓穿戴式裝置近距離下載資料至網路應用程式。


‧ Wi-Fi – 速度快如閃電的資料網路,可透過配備強大功能小型處理器的手錶上網


‧ GPS – 透過全球衛星網路,從地球任何地方跟蹤使用者的活動,可測量游泳、騎自行車、步行或跑步速度


自動化家庭:家用無線網路正方興未艾


圖一 : 從家中到車內,甚至我們的健康狀況,都是無線技術的應用範疇。
圖一 : 從家中到車內,甚至我們的健康狀況,都是無線技術的應用範疇。

越來越多家用裝置正與家用系統連結。透過手機和平板電腦能控制調溫器、透過數位攝影機監控家中情況、管理安全系統等,可從世界任何地方做到這一點。 不久將來,汽車會告訴家中系統,主人就快到家了。請啟動環境溫控系統、預開冷氣,並打開電燈。


不久前,自動化家庭運用在成本和耗能方面,還缺乏效率。然而,無線連網家用產品的普及,導致許多科技公司在此一市場加大投資。當今自動化家庭的無線技術包括:


‧ 2G/3G/4G/LTE


‧ Wi-Fi – 方便控制IP家庭網路


‧ 藍牙和低功耗藍牙 – 能與家用電器通訊


醫學:無線技術將可拯救生命

在物連網互相聯繫的世界中,其中一項最激動人心的領域便是醫學領域。醫學領域的無線技術將可實現遠端患者監控、監督用藥劑量並給藥,減少感染風險,以及在無菌操作環境使用各種線纜所造成的其他問題與風險。


今日的糖尿病患者需要前往醫院測試血糖,以確保自己的胰島素注射劑量符合需求。而在將來,患者能遠端測試血糖,即透過藍牙將胰島素泵連線連結至智慧手機,再由智慧手機將測試結果傳給醫生。甚至還能遠端調整血糖,並進一步發現問題,而不必在大老遠前往醫院(特別是路程偏遠的醫院)。這將實現新的行動自由,讓患者能更正常生活。目前醫學領域的無線技術包括:


‧ 2G/3G/4G/LTE


‧ 藍牙和低功耗藍牙 – 用來將醫療設備連結智慧型裝置,並近距離傳輸資料


‧ 近距離無線通訊(NFC) – 用於將醫療設備上的患者讀數傳輸至平板電腦或手持式資料收集裝置


‧ Wi-Fi – Wi-Fi無線標準802.11ac,可使高頻寬裝置實現無線連接,協助醫師以無線方式測量心電圖,或將心電圖儀器連線網際網路


連網汽車:一路駛向未來

汽車不只是代步工具,還是生活的延伸。目前汽車製造業正大幅採用無線技術,一但汽車與智慧裝置連結,人們的行車體驗將更有趣,不只能播放網路音樂,還能透過衛星進行導航。


到了2020年,自動駕駛汽車和無人駕駛汽車將進一步成真。隨著這些汽車技術邁向實現,車用無線技術和裝置勢必也將大幅度增加,使行車全程無故障運作成為關鍵。目前汽車的無線技術包括:


‧ 802.11p – 世界上許多國家已經開始強制性宣布要將智慧型運輸系統(ITS)導入到新款車輛。而802.11p是智慧型運輸系統中的關鍵通訊技術,讓支援車間通訊如V2V(Vehicle-to-Vehicle)或V2I(Vehicle-to-Infrastructure)等。


‧ GPS – 可從地球任何無障礙點進行定位,以及提供地圖路線指引的衛星導航系統。


‧ 藍牙和低功耗藍牙 – 用於連接車內近距離無線裝置,例如智慧手機、遊戲系統和控制器。


‧ 4G/LTE – 連結車內高速資料管道,使音樂、影片、新聞和資訊能透過車載娛樂系統播放。


‧ Wi-Fi – 和家中一樣,汽車現在配備區域網路,在高速公路上漫遊或城裡閒逛同時,還能連接無線裝置。


‧ 專用近距離通訊(DSRC) – 透過無線射頻識別轉頻器,使駕駛者在高速行駛時,能以電子方式繳納過橋費,從而實現自動付款,並減少收費站所需資源。


結語

物聯網不僅帶來了許多新的應用,還將透過互聯物件產生巨量的資料,並與外界持續交換各種類型的資訊,因此網路要能夠更快地傳輸更大量的資訊,這使得各式各樣的設計和量測挑戰也因此而產生。迎接物聯網的到來,相關的測試大廠也早已經準備好,要為物聯網無線通訊技術,做好第一線的把關工作。


(本文資料來源:LitePoint透過裝置實現無線革命設計)


解決方案

是德科技E6640A EXM無線測試儀

台灣是德科技總經理張志銘:「我們讓工程師擁有快速、精準的測試能力!」


客戶需要快速、準確的硬體裝置並聯測試,以提高產量和良率。EXM模組化設計提供擴充性,讓製造商能以最低成本擴展測試系統,因應下一代裝置要求並可完全支援IoT測試。


張志銘說,EXM提供擴充性,為高度整合裝置提供160MHz頻寬、高達6GHz的頻率範圍,並且涵蓋最廣泛的無線標準,從蜂巢式LTE-A到11ac和MIMO無線連接標準。EXM的訊號品質和量測準確度,確保工程師能獲得更高的良率。EXM配備四核心處理器,更可大幅提高生產測試速率。



圖二 : 是德科技E6640A EXM無線測試儀
圖二 : 是德科技E6640A EXM無線測試儀圖片來源:keysight.com

羅德史瓦茲CMW500寬頻通訊測試儀

台灣羅德史瓦茲:「這是集所有功能於一身的無線通訊測試儀!」


物聯網的網路架構中,通常伴隨著各種不同的無線通訊標準。R&S CMW500寬頻通訊測試儀,為全球唯一集合所有功能於一身的無線通訊測試儀,幫助企業以最少的經費達到最高的報酬保障。利用模組化的硬體擴充,以及軟體更新的方式,提供極大化的擴充彈性,滿足各種測試需求,適用於現今與未來的無線通訊產品設計。


不論是從事晶片或是模組開發、製造、封裝與測試,或是系統整合應用的任一個階段,這部儀器均能提供工程師所需的各種量測解決方案。



圖三 : 羅德史瓦茲CMW500寬頻通訊測試儀
圖三 : 羅德史瓦茲CMW500寬頻通訊測試儀圖片來源:rohde-schwarz.com

國家儀器PXIe-5668R向量訊號分析器(VSA)

國家儀器技術行銷經理潘建安:「PXI平台提供最佳的量測速度與效能!」


國家儀器PXIe-5668R向量訊號分析器(VSA)提供765MHz的頻寬,以及同級最佳的量測效能與速度。這款高效能微波訊號分析器可滿足某些嚴苛的應用需求,例如無線通訊、射頻積體電路(RFIC)特性測試、雷達測試、頻譜監控與訊號情報等。


PXIe-5668R結合了RF量測效能、量測速度和靈活彈性。這款儀器的動態範圍與頻寬均領先業界,並可針對研發應用嚴苛的量測需求提供理想的解決方案。PXIe-5668R屬於PXI儀器的一種,優異的量測速度可滿足大量製造測試的需求。這款VSA還包含可透過LabVIEW設計程式的Xilinx Kintex-7 FPGA,只要新增觸發或訊號處理常式,就能客制化儀器行為,並提供許多豐富功能。



圖四 : 國家儀器PXI平台
圖四 : 國家儀器PXI平台圖片來源:ni.com

安立知ShockLine高性能4埠向量網路分析儀

安立知:「我們可有效降低測試成本並加快上市速度!」


ShockLine MS46524B 4埠向量網路分析儀系列,具備高價值與高性能,可提供同類產品中最佳的動態範圍,降低在多種測試應用 (最高92GHz) 中的測試成本並可加快上市速度。這些測試應用包括設計和製造多埠行動網路裝置、行動裝置、汽車電纜、高速資料互連與系統整合元件。


MS46524B 配置選項 10、選項 20 及選項 40,可具備射頻微波頻率功能;這些頻率選項搭配強大的 ShockLine 軟體,為被動元件量測提供最具成本效益的解決方案。



圖五 : 安立知ShockLine高性能4埠向量網路分析儀
圖五 : 安立知ShockLine高性能4埠向量網路分析儀圖片來源:anritsu.com

LitePoint IQxel-M一站式測試解決方案

LitePoint:「非同步和同步測試方法帶來靈活性,還能節省成本!」


IQxel-M可透過其完全整合的RF連接埠,對多達四個設備同時執行平行測試。利用IQxel-M內建智慧型調度功能,可實現超過250%以上的處理量。


非同步模式可讓在相同測試台中的待測物可獨立於其他設備方式啟動和停止設備測試。這可重複使用現有設備、保留工廠設定,並將多個測試台整合在一處。同步測試則可跨越多個設備協調接收和傳送測試,並提供最佳處理量優勢。


並行測試IQxel-M可啟用多個設備的平行測試(「多 DUT」),以及同時啟用多個技術的同時測試(Multicom)。較單一DUT序列測試方法,結合使用Multi-DUT和Multicom兩種技術,可將生產測試處理量提高達500%。這兩種獨特功能都是單一機箱測試系統能提供最高生產量的關鍵所在。



圖六 : LitePoint IQxel-M一站式測試解決方案
圖六 : LitePoint IQxel-M一站式測試解決方案圖片來源:litepoint.com
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