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无线通讯启动物联网应用新格局
万物互联的最大动能

【作者: 王岫晨】2017年06月28日 星期三

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物联网(IoT)技术已经逐渐被应用於人类日常生活中的各个层面,让每一个个人,都能随时随地与数十亿个事物相互连接。


物联网的应用范畴广泛,包括消费领域,例如智慧家庭、互联汽车和穿戴式装置等;及工业领域,包含能源系统、农业、矿业、交通、医疗保健等。在各种不同环境下,物联网都能发挥不同的效用,同时也因应多样化的使用者需求。这正意味着没有任何一项单一技术,可以有效地满足物联网的所有需求层面。


而目前,无线通讯技术可在促成物联网的连接性上,发挥出关键作用。这些无线通讯技术包括蜂巢式、WLAN、Bluetooth低耗电、ZigBee、Z-Wave、NFC、RFID等技术。而透过这些无线通讯技术,物联网将可在五大应用领域逐渐发光发热,这包括手机、穿戴式装置、联网汽车、智慧家庭以及医学等五大领域。


手机:无线化是关键

没有任何单一技术,可以有效地满足物联网所有需求。而无线通讯技术可在促成物联网的连接性上,发挥出关键作用。

智慧手机的问世,改变了人们沟通、导航、互动和娱乐方式。智慧手机是早晨唤醒我们的闹钟。享用餐点时,可以用手机或平版阅读新闻。人们可以使用智慧型手机导航前往各地、查看天气、收发电子邮件,以及上网订车票或机票。无论在汽车内、火车上、山中或海滩上,随时皆能浏览资讯,并遥控可连线的诸多其他无线装置。


从家中到车内,甚至我们的健康状况,都是无线技术的应用范畴。可连结数百万客制化应用程式的智慧手机和平板电脑,使我们能控制和监视我们生活的世界。当今行动装置普遍使用的无线技术包括:


· 2G/3G/4G/LTE - 最为普及的行动装置技术,可在地球上几??任何地方实现行动连线


· Wi-Fi - 透过无线网路播放电视、电影或体育赛事现场直播时,智慧型手机或平板电脑便变为行动迷你娱乐中心


· 蓝牙和低功耗蓝牙 - 用於连接近距离无线装置和周边设备及智慧型手机和平板电脑


· 近距离无线通讯 (NFC) - 近距离无线通讯 (NFC),可透过智慧型手机和智慧卡实现付款和金融交易


穿戴式装置:个人化应用是关键

穿戴式装置的发展可称得上是由无线技术领域的新创新所驱动。刚开始时,「穿戴式装置」是有意跟踪自己运动成就或日常身体活动的运动型人士手腕配戴设备。在今日,穿戴式装置技术已经扩大应用在无线运动鞋、具有上网功能的强化现实眼镜、功能万用的智慧型手表,甚至还能测试血糖水准的隐形眼镜。在糖尿病患者想吃零食、需要注射胰岛素或医治时,提醒他们。在今後几年,穿戴式装置市场将会出现大幅度的成长。


近年来无线技术的发展,正使穿戴式装置变得普及且价格合理。大多数人甚至不会察觉,穿戴式装置技术能为我们带来便利、效率和拯救生命等益处。当今穿戴式装置的无线技术包括:


· 2G/3G/4G/LTE


· 智慧型蓝牙(又称低功耗蓝牙)- 使耗电低的小型钮扣电池可使用数月或数年,可让穿戴式装置在日常生活中使用无??。也可让穿戴式装置近距离下载资料至网路应用程式。


· Wi-Fi - 速度快如闪电的资料网路,可透过配备强大功能小型处理器的手表上网


· GPS - 透过全球卫星网路,从地球任何地方跟踪使用者的活动,可测量游泳、骑自行车、步行或跑步速度


自动化家庭:家用无线网路正方兴未艾


图一 : 从家中到车内,甚至我们的健康状况,都是无线技术的应用范畴。
图一 : 从家中到车内,甚至我们的健康状况,都是无线技术的应用范畴。

越来越多家用装置正与家用系统连结。透过手机和平板电脑能控制调温器、透过数位摄影机监控家中情况、管理安全系统等,可从世界任何地方做到这一点。 不久将来,汽车会告诉家中系统,主人就快到家了。请启动环境温控系统、预开冷气,并打开电灯。


不久前,自动化家庭运用在成本和耗能方面,还缺乏效率。然而,无线连网家用产品的普及,导致许多科技公司在此一市场加大投资。当今自动化家庭的无线技术包括:


· 2G/3G/4G/LTE


· Wi-Fi - 方便控制IP家庭网路


· 蓝牙和低功耗蓝牙 - 能与家用电器通讯


医学:无线技术将可拯救生命

在物连网互相联系的世界中,其中一项最激动人心的领域便是医学领域。医学领域的无线技术将可实现远端患者监控、监督用药剂量并给药,减少感染风险,以及在无菌操作环境使用各种线缆所造成的其他问题与风险。


今日的糖尿病患者需要前往医院测试血糖,以确保自己的胰岛素注射剂量符合需求。而在将来,患者能远端测试血糖,即透过蓝牙将胰岛素泵连线连结至智慧手机,再由智慧手机将测试结果传给医生。甚至还能远端调整血糖,并进一步发现问题,而不必在大老远前往医院(特别是路程偏远的医院)。这将实现新的行动自由,让患者能更正常生活。目前医学领域的无线技术包括:


· 2G/3G/4G/LTE


· 蓝牙和低功耗蓝牙 - 用来将医疗设备连结智慧型装置,并近距离传输资料


· 近距离无线通讯(NFC) - 用於将医疗设备上的患者读数传输至平板电脑或手持式资料收集装置


· Wi-Fi - Wi-Fi无线标准802.11ac,可使高频宽装置实现无线连接,协助医师以无线方式测量心电图,或将心电图仪器连线网际网路


连网汽车:一路驶向未来

汽车不只是代步工具,还是生活的延伸。目前汽车制造业正大幅采用无线技术,一但汽车与智慧装置连结,人们的行车体验将更有趣,不只能播放网路音乐,还能透过卫星进行导航。


到了2020年,自动驾驶汽车和无人驾驶汽车将进一步成真。随着这些汽车技术迈向实现,车用无线技术和装置势必也将大幅度增加,使行车全程无故障运作成为关键。目前汽车的无线技术包括:


· 802.11p - 世界上许多国家已经开始强制性宣布要将智慧型运输系统(ITS)导入到新款车辆。而802.11p是智慧型运输系统中的关键通讯技术,让支援车间通讯如V2V(Vehicle-to-Vehicle)或V2I(Vehicle-to-Infrastructure)等。


· GPS - 可从地球任何无障碍点进行定位,以及提供地图路线指引的卫星导航系统。


· 蓝牙和低功耗蓝牙 - 用於连接车内近距离无线装置,例如智慧手机、游戏系统和控制器。


· 4G/LTE - 连结车内高速资料管道,使音乐、影片、新闻和资讯能透过车载娱乐系统播放。


· Wi-Fi - 和家中一样,汽车现在配备区域网路,在高速公路上漫游或城里闲逛同时,还能连接无线装置。


· 专用近距离通讯(DSRC) - 透过无线射频识别转频器,使驾驶者在高速行驶时,能以电子方式缴纳过桥费,从而实现自动付款,并减少收费站所需资源。


结语

物联网不仅带来了许多新的应用,还将透过互联物件产生巨量的资料,并与外界持续交换各种类型的资讯,因此网路要能够更快地传输更大量的资讯,这使得各式各样的设计和量测挑战也因此而产生。迎接物联网的到来,相关的测试大厂也早已经准备好,要为物联网无线通讯技术,做好第一线的把关工作。


(本文资料来源:LitePoint透过装置实现无线革命设计)


解决方案

是德科技E6640A EXM无线测试仪

台湾是德科技总经理张志铭:「我们让工程师拥有快速、精准的测试能力!」


客户需要快速、准确的硬体装置并联测试,以提高产量和良率。EXM模组化设计提供扩充性,让制造商能以最低成本扩展测试系统,因应下一代装置要求并可完全支援IoT测试。


张志铭说,EXM提供扩充性,为高度整合装置提供160MHz频宽、高达6GHz的频率范围,并且涵盖最广泛的无线标准,从蜂巢式LTE-A到11ac和MIMO无线连接标准。EXM的讯号品质和量测准确度,确保工程师能获得更高的良率。EXM配备四核心处理器,更可大幅提高生产测试速率。



图二 : 是德科技E6640A EXM无线测试仪
图二 : 是德科技E6640A EXM无线测试仪图片来源:keysight.com

罗德史瓦兹CMW500宽频通讯测试仪

台湾罗德史瓦兹:「这是集所有功能於一身的无线通讯测试仪!」


物联网的网路架构中,通常伴随着各种不同的无线通讯标准。R&S CMW500宽频通讯测试仪,为全球唯一集合所有功能於一身的无线通讯测试仪,帮助企业以最少的经费达到最高的报酬保障。利用模组化的硬体扩充,以及软体更新的方式,提供极大化的扩充弹性,满足各种测试需求,适用於现今与未来的无线通讯产品设计。


不论是从事晶片或是模组开发、制造、封装与测试,或是系统整合应用的任一个阶段,这部仪器均能提供工程师所需的各种量测解决方案。



图三 : 罗德史瓦兹CMW500宽频通讯测试仪
图三 : 罗德史瓦兹CMW500宽频通讯测试仪图片来源:rohde-schwarz.com

国家仪器PXIe-5668R向量讯号分析器(VSA)

国家仪器技术行销经理潘建安:「PXI平台提供最隹的量测速度与效能!」


国家仪器PXIe-5668R向量讯号分析器(VSA)提供765MHz的频宽,以及同级最隹的量测效能与速度。这款高效能微波讯号分析器可满足某些严苛的应用需求,例如无线通讯、射频积体电路(RFIC)特性测试、雷达测试、频谱监控与讯号情报等。


PXIe-5668R结合了RF量测效能、量测速度和灵活弹性。这款仪器的动态范围与频宽均领先业界,并可针对研发应用严苛的量测需求提供理想的解决方案。PXIe-5668R属於PXI仪器的一种,优异的量测速度可满足大量制造测试的需求。这款VSA还包含可透过LabVIEW设计程式的Xilinx Kintex-7 FPGA,只要新增触发或讯号处理常式,就能客制化仪器行为,并提供许多丰富功能。



图四 : 国家仪器PXI平台
图四 : 国家仪器PXI平台图片来源:ni.com

安立知ShockLine高性能4埠向量网路分析仪

安立知:「我们可有效降低测试成本并加快上市速度!」


ShockLine MS46524B 4埠向量网路分析仪系列,具备高价值与高性能,可提供同类产品中最隹的动态范围,降低在多种测试应用 (最高92GHz) 中的测试成本并可加快上市速度。这些测试应用包括设计和制造多埠行动网路装置、行动装置、汽车电缆、高速资料互连与系统整合元件。


MS46524B 配置选项 10、选项 20 及选项 40,可具备射频微波频率功能;这些频率选项搭配强大的 ShockLine 软体,为被动元件量测提供最具成本效益的解决方案。



图五 : 安立知ShockLine高性能4埠向量网路分析仪
图五 : 安立知ShockLine高性能4埠向量网路分析仪图片来源:anritsu.com

LitePoint IQxel-M一站式测试解决方案

LitePoint:「非同步和同步测试方法带来灵活性,还能节省成本!」


IQxel-M可透过其完全整合的RF连接埠,对多达四个设备同时执行平行测试。利用IQxel-M内建智慧型调度功能,可实现超过250%以上的处理量。


非同步模式可让在相同测试台中的待测物可独立於其他设备方式启动和停止设备测试。这可重复使用现有设备、保留工厂设定,并将多个测试台整合在一处。同步测试则可跨越多个设备协调接收和传送测试,并提供最隹处理量优势。


并行测试IQxel-M可启用多个设备的平行测试(「多 DUT」),以及同时启用多个技术的同时测试(Multicom)。较单一DUT序列测试方法,结合使用Multi-DUT和Multicom两种技术,可将生产测试处理量提高达500%。这两种独特功能都是单一机箱测试系统能提供最高生产量的关键所在。



图六 : LitePoint IQxel-M一站式测试解决方案
图六 : LitePoint IQxel-M一站式测试解决方案图片来源:litepoint.com
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