雖然目前智能手機市場發展迅速，但與機器到機器(M2M)領域相比仍遜色不少。一些分析人士預測，在這個十年中，全球智能手機的年復合增長率(CAGR)約為22%，但Infonetics Research等公司預測同一時期內M2M的年復合增長率將高達66%。

 

   M2M應用主要分為兩大類：針對移動應用和服務的信息通信以及涉及固定設備的遙感遙測。2009年市場上的M2M信息通信設備已達8,700萬臺。Infonetics公司預計，到2014年市場上總共將有4.28億臺這樣的在用設備。所有這些數字對電子工程師來說意味著巨大的機會。但M2M并不是穩賺不賠的買賣。面向M2M應用的嵌入式蜂窩模塊應該進行全新設計，以滿足M2M的惡劣環境要求。

 

    為了確保成功，電子工程師必須理解幾個關鍵因素：帶寬要求和成本；移動運營商技術路線圖和認證程序；地區覆蓋以及月度發展速度計劃和模塊價格趨勢。這些因素直接影響M2M設備的上市時間、開發成本以及市場競爭能力。

 

長壽命和淘汰機制

 

    傳統移動電話和M2M設備之間的一個根本區別在于設備的使用壽命。消費者一般每隔18至24個月就會更換他們的蜂窩電話，而M2M設備通常至少要持續工作5至10年。在自動抄表或住宅安全等應用中，M2M設備大多要持續工作15年。

 

    為了適應這么長的使用壽命，理解嵌入式模塊和無線運營商的技術路線圖就顯得非常重要。例如，雖然目前大多數M2M設備只能在2G和2.5G網絡技術上很好工作，但一些運營商正在努力推進在新的M2M設計中使用3G模塊。由于不同運營商的網絡支持策略稍有不同，因此在設計過程中盡早與你的運營商合伙伙伴進行溝通十分重要。此外，在嵌入式蜂窩模塊方面，了解當前模塊設計的使用年限和期望壽命也很重要。

 

    在某些情況下，像Telit公司等蜂窩模塊供應商可以通過提供一定程度的技術兼容性來降低網絡技術移植風險，例如，管腳兼容的外形封裝或一致的AT命令集。

 

    制造商一般設計的長壽命M2M產品都能應用于惡劣的環境，如牽引式卡車的高熱、臟污和振動的發動機倉，或室外電表的寬幅、季節性溫度變化環境。在現場更換發生故障的M2M模塊的代價很高；對于某些應用，例如裝滿昂貴貨物的集裝箱，幾小時甚或數天的通信連接丟失是不可接受的。

 

全新設計

 

    供應商應全新設計嵌入式蜂窩模塊，以滿足M2M應用，而不是典型移動電話或PCI調制解調器等消費類應用面臨的環境要求。例如，M2M解決方案應該使用范圍超過GSM和cdma2000最小要求值的功放和其它元件。

 

    M2M市場如此之大、發展如此迅速并充滿挑戰的原因之一是存在大量應用，并且每種應用都有自己的要求。

 

    例如，在車載信息娛樂和資產跟蹤等信息通信應用中，“主機”設備一般都要穿越很寬的地理區域。對于這類應用，M2M解決方案必須支持多個頻段，以便在設備出入不同網絡時能夠保持連接。

 

    舉例來說，經常要跨越多個大陸的集裝箱一般要求模塊使用GSM系列技術(GSM、GPRS和Edge)，并支持4個頻段(850MHz、900MHz、1,800MHz和1,900MHz)。相反，針對北美市場設計的SUV信息娛樂系統可能使用cdma2000 1X和1xEV-DO無線技術，其主要頻段是800MHz和1,900MHz。而一些任務關鍵型信息通信應用有時可能要集成衛星連接，將其作為沒有蜂窩覆蓋地區的備份通信手段。

 

    更新的蜂窩技術，如LTE則具有額外的設計考慮。LTE取得與3G同樣的覆蓋率也許至少需要三年多的時間，而趕超非常普及的2G和2.5G網絡則需要更長的時間。如果應用要求頻繁或穩定的連接，那么基于LTE的M2M解決方案還必須包含GSM、GPRS、Edge、HSPA和UMTS的某種組合作為備用通信手段。

 

    因此LTE設計應增加天線必須支持的頻段數量：最多4個頻段分給備用技術，LTE至少要1個頻段，還有1個或1個以上的頻段用于支持其它技術，例如用于定位服務的GPS。所有這些要求使得設計師面臨巨大挑戰：不僅要為多個收發器及其附屬元件找到足夠的空間，天線系統也需支持更多的頻段，但M2M模塊體積不能因過分擴大而無法適合特定的應用。

 

    在提供高可靠性并提供一致性能的解決方案中，忽視天線設計的作用是一個錯誤。天線系統永遠不應成為事后補救的對象，因為它們可能成就，也可能毀了M2M設備。事實上，天線問題是許多M2M設備無法成功上市的最常見理由。

 

    另外一個設計考慮因素是帶寬。一些M2M應用——例如監控攝像機回傳——要求快速的上行鏈路；有些應用同時要求上行鏈路和下行鏈路提供高吞吐量。再比如，目前一些數字標牌廣告可以向過往行人提供這樣的功能：點擊某個鍵將顯示器切換到視頻會議模式，然后與遠程銷售同事進行互動交流。當面向這種應用時，可以考慮使用cdma2000 1xEV-DO Rev.A，HSDPA/HSUPA或LTE這樣的高速技術。

 

    無線運營商必須對使用他們網絡的M2M設備進行認證。這個過程費時又費錢，因此對M2M解決方案的開發成本和上市時間有很大的影響。

 

    運營商認證費用取決于具體技術。使用預先認證過的模塊開發2G解決方案的認證費用大約是25,000美元；相應的3G產品可能要4萬美元。當運營商從來沒有處理過特定的M2M解決方案時，所需的費用和時間可能還要更多。

 

       這正是大多數M2M設備供應商傾向于采用已經過運營商預先認證過的模塊而不是從頭創建解決方案的原因。后者要求全面的認證，費用可能高達30萬至100萬美元，時間可能長達9個月。而采用運營商認證過的模塊開發的解決方案，可以在數周內完成運營商設備認證。

 

     采用與運營商、系統集成商、天線專家等擁有很深行業關系的供應商的模塊產品有助于你的產品更快上市，并避免首次M2M設計可能存在的許多缺陷。

 

       如果M2M公司錯誤地押注一種只是小范圍應用，或幾年內都得不到廣泛采納的技術，那么所付出的代價將是很高的，甚至可能毀了公司。M2M市場的許多機會只青睞那些具有足夠智慧應對挑戰的公司。

 

圖1：M2M設備的基本組件。

 

圖2：使用經認證的模塊可以顯著加快M2M設備開發進度。

 

本文來自《電子工程專輯》2011年7月刊