物聯網商機迸發 LPWAN晶片現身

聯發科技發表首款NB-IoT系統單晶片MT2625。來源：MediaTeK

物聯網(IoT)帶動的龐大商機吸引各方業者積極投入，尤其是各種聯網技術不斷現身，爭奪各式各樣極富發展潛力的應用領域。

根據IDC的調查報告，物聯網市場在2017年聲勢看漲，預估2017年全球物聯網市場規模有機會挑戰破兆，市場規模將超過9,300億美元，較去年增加1,000億美元。

3年後，預計市場將達到應用爆發期，規模更將翻倍成長至1.46兆美元。就物聯網裝置數量來看，IDC認為未來3年內，全球物聯網裝置總數將累積高達300億個。這些裝置的互連仰賴各種連網技術，而根據GSMA Industry Paper報告預測，2019年全球將有超過20億部LPWAN裝置聯網。

低功耗廣域網路  技術多元紛呈

近年各種屬於低功耗廣域網路(Low-Power Wide-Area Network；LPWAN)這個範疇的連網技術如雨後春筍冒出。不同於短距離通訊技術，LPWAN主要訴求於廣範圍、遠距離連結的物聯網應用。

相較於同樣訴求遠距離通訊的蜂巢式行動通訊系統，LPWAN更適於物與物連結的應用，主因就是前者的功耗大、成本高；後者則是低成本且低功耗，甚至可以實現數年免更換電池長效待機。基本上，根據採用的頻譜有無授權，LPWAN技術可分為兩類，一是工作於未授權頻譜的技術，例如LoRa、SigFox等；另一是工作於授權頻譜下的技術，例如NB-IoT、eMTC等。

NB-IoT推展快速  晶片出貨量增加

由於工作於授權頻譜，NB-IoT是全球各大電信公司力推的物聯網通訊技術，據悉目前全球已有50餘家電信業者已開始布局NB-IoT，2017年，全球NB-IoT市場價值預計將達到3.21億美元，2022年將達82.21億美元，年均複合成長率高達91.3%，NB-IoT晶片需求自然水漲船高，晶片業者的布局力道開始加強。

以推動NB-IoT最力的華為而言，該公司的首款商用NB-IoT晶片Boudica120(700MHz/800MHz/900MHz)於2017年6月底開始量產出貨，至9月出貨量已達到100萬片。此外，支援1,800MHz/2,100MHz的Boudica 150則預計在第4季就可以提供大規模商用。

聯發科技也已於日前發表首款 NB-IoT 系統單晶片MT2625，此晶片整合ARM Cortex-M 微控制器 (MCU)、虛擬靜態隨機存取記憶體 (PSRAM)、快閃記憶體與電源管理單元 (PMU)。

此外，聯發科技表示，MT2625在MCU和PSRAM等零組件上皆導入聯發科技的低功耗技術，因此能讓物聯網設備搭配免充電電池達到長時間待機，符合低功耗廣域物聯網的要求。MT2625支援國際標準3GPP NB-IoT(R13 NB1、R14 NB2)的450MHz至2.1GHz全頻段運作，適用於全球各地的智慧家居、物流跟蹤、智慧抄表等物聯網應用。

聯發科技並以此晶片與中國移動合作開發NB-IoT通用模組，此模組尺寸僅16mmX18mm，堪稱業界最小。此模組整合中國移動eSIM 卡，可銜接中國移動的物聯網開放平台OneNET，有助於降低NB-IoT開發門檻，幫助開發者快速打造物聯網設備及相關應用。除華為及聯發科技外，包括中興微電子、Intel及Nordic皆已投入NB-IoT晶片的開發。

多模晶片方案  擴大適用範圍

值得注意的是，為了涵蓋更多應用，多家企業推出支援多種通訊技術的雙模或多模晶片，例如，高通認為物聯網多模是大勢所趨，尤其是NB-IoT與eMTC這兩項技術將相互補足。

因此高通推出可支援eMTC/NB-IoT/GSM的多模物聯網晶片MDM9206。使用者可透過軟體進行動態連接選擇，且整合的射頻部分可支援15個LTE頻段，基本上已能覆蓋全球大部分區域。值得一提的是，高通也於日前發表支援eMTC與NB-IoT的Snapdragon Wear 1200行動平台，瞄準兒童、寵物、老人、以及健身追蹤器等特定用途穿戴裝置。

eMTC是Cat M1，而NB-IoT是Cat NB-1，兩者都是授權頻段下的LPWAN標準，且皆屬於同一個LTE發展路線圖，能在電信業者建置LTE時同時存在，而由於全球已大量建置4G LTE網路，因此搭建在此網路基礎上的NB-IoT和eMTC得以快速獲得支援。

eMTC和NB-IoT這兩項標準是由3GPP在2016年6月頒布，主要就是為了要降低物聯網系統的複雜度、減少成本和提高系統的續航力，這兩個標準的特性各有不同，擅長的應用也有所區別。

其中，e-MTC的特性是移動性佳、數據速率較高及支援語音，可以應用於智慧追蹤、建築安全等應用，不過在網路覆蓋和功耗上就略遜於NB-IoT。NB-IoT的特性為低數據量、網路覆蓋廣、功耗低及建置靈活等，因此能夠被廣泛用於要求低功耗的應用，例如智慧電表、智慧水錶等等。

LoRa及Sigfox晶片  授權策略不同

NB-IoT、eMTC因為工作於授權頻譜，因此大受電信業者歡迎；工作於未授權頻譜的技術，例如LoRa、SigFox等則有資通訊業者的擁護。其中，LoRa是「Long Range」的縮寫，此技術原是由一家法國公司Cycleo所開發，該公司於2012年被Semtech公司收購，Semtech成為LoRa IP的擁有者。

現今Semtech除自己生產LoRa晶片之外，也授權LoRa IP給其他晶片業者，其他廠商通常是以MCU搭配Semtech的通訊晶片，或者是採用模組方式。例如，意法半導體(ST)已和Semtech合作，ST以STM32搭配Semtech LoRa模組，進而製造出低功耗且廣域傳輸的解決方案。

工作於未授權頻譜的LPWAN技術中，最常拿來與LoRa相提並論的就是Sigfox技術。Sigfox工作在868MHz和902MHz的ISM頻段，功耗極低，不過Sigfox的傳輸速率僅100bits/s，在傳送最常12位元組訊息時，封包大小僅為26位元組，由於窄頻寬和短訊息特性，加之其162dB的鏈路預算，因此Sigfox在遠距離傳輸上較具優勢。

與LoRa不同，其他業者毋需獲得授權就能生產Sigfox晶片，在此方面，ST也已提供一款可運作於sub-1GHz頻帶的射頻收發器晶片S2-LP。事實上，Sigfox採用免費專利授權策略，已吸引了許多業者加入生態系統，包括71家設備製造商、49個物聯網平台供應商、8家晶片廠家、15家模組廠家、30家軟體和設計服務商等。

這8家晶片供應商包括德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、芯科(Silicon Labs)、安森美(On-Semi)、恩智浦(NXP)、Ethertronics、Microchip與雲創通訊(M2Comm)等。

其中，雲創通訊表示該公司針對Sigfox標準所開發的無線通訊晶片Uplynx已經在歐洲、美洲、中東以及亞洲通過Sigfox認證，這表示單一設計的物聯網產品可於全球通用。

押寶何項技術  晶片業者費思量

除上述提到的LPWAN技術外，其他還有許多技術也正在積極布局中。例如瞄準物聯網應用的Wi-Fi技術 – HaLow，此技術採用非授權的900MHz頻段，傳輸距離達1公里，傳輸速率150kbps？347Mbps，預計2018年可以商業化。

Weightless技術則是由非營利全球標準組織Weightless SIG所提出，Weightless也是一種專為物聯網設計的無線技術，既可以工作在Sub-GHz免授權頻段，也可以工作在授權頻段，通信距離可以達到10公里。

整體而言，物聯網的應用極為發散，且每一應用又因為實際場域情況各異而有不同，因此很難說某一物聯網技術就專門適用於某一類應用，這也就為許多技術提供了發揮空間，多元的物聯網應用將能容納各種LPWAN技術互相爭輝，而對於晶片業者而言，押寶哪一種技術將成為一大挑戰。