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「实现行动装置设计关键任务」研讨会实录
 

【作者: 廖專崇】2003年04月05日 星期六

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无线通讯之市场及技术趋势分析

《图一 讲师:工研院经资中心产业分析师王英裕》
《图一 讲师:工研院经资中心产业分析师王英裕》

无线通讯市场的发展,从行动电话出现之后开始出现高度成长,工研院经资中心(IEK)电子资讯研究组,无线通讯服务部产业分析师王英裕,从市场的观点,分析无线通讯终端市场与技术趋势,报告的内容分为无线通讯产业概观、无线通讯市场与产品动向、无线通讯终端关键元件发展趋势、无线通讯终端制造产业发展分析等。


在无线通讯市场概观部分,无线通讯系统的的演进从类比到数位,数位系统的2G标准在纯语音应用下,有很好的市场表现,发展的趋势则是往高速资料传输的方向前进,在整合各种无线终端与技术,包括WLAN与Bluetooth等,以建立无缝接续的无线通讯环境。终端产品的发展,也会在不同的应用诉求下,朝向更多样化的趋势发展。


就市场现况而言,目前2.5G的GPRS系统已逐渐成为市场主流,发展多时的3G则会由商业化运转时程较快的cdma2000 1X系统带动成长,W-CDMA则在2004年,欧洲、亚洲普遍提供服务后,才会逐渐成长。而手机产品也将走向多功能或外观多变的细致化区隔,功能需求则包括强大的资讯处理能力、低耗电、大容量记忆体、多变外观与弹性价格。


《图二 全球主要无线通信终端市场规模》
《图二 全球主要无线通信终端市场规模》

整合为最重要趋势

在关键零组件部分,GSM手机零组件价格成本最低约70美元,W-CDMA使用元件数较多所以成本最高,在350~400美元左右,cdma2000 1x价格与GPRS相去不远,成本约140~150美元左右,这也是cdma2000 1x的利基之一。在制程技术上,不论是手机、WLAN、Bluetooth或GPS,在不同的功能模组上有不同的制程选择,但是低成本、低功耗与高整合度则为制程技术选用的首要考量,复晶模组(MCM)甚至系统单晶片(SoC)则为元件整合的趋势。


产业方面,由于低价化的时代来临,行动电话品牌大厂纷纷将手机制造订单委外,比重有逐渐提升的趋势;零组件厂商的合作情形也日益增加,合作模式包括晶片厂商与被动元件厂商、射频(RF)与基频(BB)晶片厂商、模组厂商与晶片厂商、射频晶片厂商之间、晶片厂商与晶圆代工厂商等等,目标就在于增加客户扩大市占率,结合不同专业领域,专注本身专业,加强资源整合运用以增加竞争力。


国内由于上下游产业结构完整、水平分工细致,所以未来在发展无线通讯产业时还是有不错的机会,尤其是WLAN产业,国内已经取得相当好的战略位置,在发展出国产高频零组件之后,可以有更好的表现;但是相较于欧美先进入此一市场的大厂,国内的技术层次还有待加强,尤其需要面对国际大厂不断以整合与策略联盟的手段提高竞争门槛,国内厂商需要以更灵活的策略来与之竞争。


无线通讯技术整合设计趋势

《图三 讲师:德州仪器TI亚洲区半导体应用技术经理杜王平福》
《图三 讲师:德州仪器TI亚洲区半导体应用技术经理杜王平福》

德州仪器在无线通讯领域在技术方面有许多技术领先的部分,德州仪器TI亚洲区半导体应用技术经理杜王平福就行动装置之无线通讯技术需求现况与趋势,​​GSM/CDMA/WLAN/BT整合设计考量,开放性开发平台之应用等面向,介绍无线通讯技术的整合设计趋势。


在无线通讯技术需求现况与趋势部分,过去2G时代的应用环境是相对封闭的,也没有高阶的操作系统,然而迈入2.5G与3G的应用之后,情况将有所改变,彩色萤幕、数位相机、多媒体影音、Java平台、游戏与其他Bluetooth、WLAN与GPS等应用的需求将大幅增加,所以在技术需求上,将更为强调处理器的运算能力、电池提供的待机时间等,所以高度整合的晶片技术为相当重要的发展趋势。


高整合设计考量

行动装置的硬体架构与软体平台搭配的效能为消费者选择产品时重要的考量,开放式的架构则有助于制造商在设计产品时,做更区隔化与客制化的设计,市场上一般提到的「杀手级应用」,重点就在于软体平台的功能,所以整合多项功能的硬体架构,搭配强化的软体应用平台是2.5G与3G设备制造商所需要追求的方向。


高度整合的硬体架构产品将带来许多优势,包括降低成本、强化多媒体处理效能、增长电池待机时间、缩小产品尺寸与降低产品设计难度以加速上市时程等。以TI发展的OMAP平台为例,其一系列的产品发展就是因应市场上不同的需求,提供厂商开放性的整合架构,以节省产品开发与导入市场的时间。功能上能提供8小时的通话时间、490小时的待机时间、12小时的PDA使用时间与超过500MIPS的运算处理能力。


未来结合DSP与ARM架构处理器的平台要能提供影像、绘图、语音、音乐处理能力,尤其在行动多媒体的发展趋势之下,MPEG4/H.263编解码功能为最热门的技术;另外,由于大量的数据传输,能够保证资料品质的QoS(Quality of Service)功能也变得相当重要。


行动装置多媒体讯息处理之设计任务

《图四 讲师:杰尔Agere资深无线产品经理钟坤奇》
《图四 讲师:杰尔Agere资深无线产品经理钟坤奇》

软体技术在多媒体行动通讯时代的的重要性日益提升,从通讯大厂Lucent(朗讯)独立的杰尔系统沿袭过去的经验与技术,除了硬体之外,在软体技术上也有相当杰出的能力,杰尔Agere资深无线产品经理钟坤奇就多媒体处理系统设计考量,应用软体发展架构,开放性开发平台之应用的面向,深入介绍软体平台品质的重要性。


具备良好品质的软体会为整个产品带来很好的效益,新的应用可以提供带来更好的功能并增加消费者的使用意愿,相反的软体的瑕疵(Bugs)将影响消费者对产品的接受度,对厂商来说软体的应用会是未来关键的竞争力所在,好的软体将让消费者有更好的使用经验,未来硬体技术的差异性将越来越低,产品的差异化程度将取决于软体功能。


软体技术为竞争力关键

对于台湾厂商来说更是如此,国内厂商目前在关键零组件上的掌握度不高,硬体的选择并没有很的的来源差异,所以软体的应用往往就会造成不同的结果,不过另一个重点是认证,尤其是欧美市场对软体的认证越来越重要,随着应用日趋多元包括Bluetooth与WLAN技术与手机的整合,干扰问题也将很难避免的出现,通过GCF(Global Certification Forum)的无干扰认证未来会是一个产品上市前相当重要的一个验证重点。


相容性(Interoperability Test;IOT)测试也相当重要,虽然这部分的测试过程不需花费太长的时间,但是不同环境、时间与一个小参数的不同测试的结果就会不同,所以在微调与重复测试部分往往会花费相当多的时间与金钱,所以此时下游的系统厂商需要与软硬体的原厂做好沟通,作好最好的技术合作与协调,才不会延误产品上市时程。


实地测试(Field Trials)就是在产品要进入当地市场前,必须要通过当地电信主管单位与业者的实地测试,国内厂商在产品进入欧美市场前通常也会被要求做实地测试,由于地缘关系,国内厂商的产品可能会因为与当地基地台系统沟通产生问题,但这部分可能会产生些许困扰,因为如果是当地的基地台系统出现问题,还是必须要遵守其环境系统,调整自身的手机软硬体参数,以求符合当地的环境。所以国内厂商如果有意经营该市场,一定要对于软体架构投注更多心力,也要在相关认证方面做充分的准备。


行动装置电源管理最佳化策略

《图五 讲师:升特SEMTECH亚洲区资深系统应用经理严宗福》
《图五 讲师:升特SEMTECH亚洲区资深系统应用经理严宗福》

行动装置的可携式特性,对于电池耗电量相当敏感,低耗电量与长时间待机功能在该市场是相当重要的,升特SEMTECH亚洲区资深系统应用经理严宗福从行动装置之低功率设计需求分析,电源管理最佳化策略与实际参考案例等部分,介绍行动装置电源管理最佳化策略。


电源管理技术重点与趋势

行动装置的电源管理需求方面,分成几个部分包括萤幕的背光模组、数位电路、类比电路与电池应用等,设计的趋势也走向高度整合,可以减少零件数目,工作与静止电流越来越小,系统设计上则采用分布式的电源处理,小体积与薄型封装,MLP式的封装则是相当主流的封装,可以忍受85℃以上的工作温度。目的则是要达成高效能、低干扰与小尺寸。


目前行动装置的应用需求越来越多,也造成电源管理的重要性不断提升,尽管电池技术的发展也朝向高容量的趋势,但是为了照顾诸多高耗电的应用,电源管理进一步的改善除了增进电池的工作时间外,也进一步提升整个系统的效能。高效能的电源管理系统,有以个重点就是开关式的设计,不过该设计的缺点就是干扰较大,所以降低开关式设计的干扰就成为此一设计中相当关键的技术挑战。


Charge Pump的电路设计方式已经被越来越多行动行动装置所采用,其优点就是可以将电流储存于电容之中,不需要占据大体积的电感,可以进一步缩小电路的体积,其只需要利用两颗IC做电流的转换。不过,该架构也有许多不同的设计,在选择Charge Pump IC时考虑的重点,最重要的是放大率,不同的放大倍率会出现不同的效能,一般在1倍的放大倍率时效率最好,只需求最小的电流。


另外,在充电时也需要良好的电源管理元件,除了一方面减少元件数目之外,也要能判断电流的好坏、过压保护功能、温度侦测与时间管理功能。在行动装置上,如果具有良好的电源管理,就可以让产品的整体效益获得发挥,甚至进一步提升产品的整体价值。


高度整合的无线电路量测关键

《图六 讲师:安捷伦Agilent电子仪器事业群无线通信技术应用工程师许仲延》
《图六 讲师:安捷伦Agilent电子仪器事业群无线通信技术应用工程师许仲延》

高度整合的趋势为行动通讯装置的发展趋势,而该类产品的稳定性要求又较其他资讯装置来的高,所以产品系统测试就变得相当重要了,安捷伦Agilent电子仪器事业群无线通讯技术应用工程师许仲延针对行动装置设计制量产之重要测试过程,高度整合的无线电路量测方法与实际参考案例的探讨,来介绍高度整合的无线电路量测关键。


目前平衡式或差动式(Differential)元件已经越来越普遍为厂商所采用,尤其是基频元件,平衡式设备元件有几个特点,包括较高的抗杂讯能力、低发散杂讯与低耗电,目前的趋势是采用LTCC(低温共烧陶瓷)模组来制造,进一步将RF的被动元件整合在同一个模组当中。在测试上,当然也有许多厂商需要注意的重点。


由于过去行动装置的元件多数都是属于非平衡式的元件,对于RF的设计工程师而言,混合模式的S参数(S-parameters)是一个很重要的参数,但是在使用平衡式的元件设计时也需要透过S参数的观察,来了解设计中的许多资讯包括重要的平衡度,传统的S参数可能出现误导的讯息,进而引导出错误的设计,所以能正确量测与判读S参数,才能让工程师能对元件的设计做出正确的调整,所以对于混合模式的了解对设计点录的效能有着重大的影响。


另外,在测试平衡式元件时,有许多不同的测试仪器与方法,选择良好的仪器与正确的测试方法才能正确的反应产品设计的好坏。而做量测之前也需要注意仪器的校正。行动装置的新兴应用带来许多设计上的挑战,连带也使得量测的重要性与困难度大为提升,良好的设计必须搭配正确的量测及判读,才能对元件的效能有所提升,尤其是平衡式元件的应用已经不再局限于高频设计,基频、微波与高频宽的传输装置也都有这样的设计趋势,厂商在作产品电路设计之前应该多了解相关的技术。


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