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手機行動電視晶片趨勢報導
 

【作者: 籃貫銘】   2008年08月28日 星期四

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可攜式裝置自發展以來,便不斷的擴增其應用範圍。從最初的資料運算處理開始,接著具備網路連結的功能,之後彩色LCD螢幕與多樣化的數位內容興起,便帶起可攜式裝置朝向整合多媒體功能的方向前進,於是影片播放、音樂收聽、數位攝影等功能,也都被整合至可攜式裝置之中。至此,可攜式裝置已漸漸演化成一部結合通訊、運算與多媒體處理的超級裝置,其中手機、NB、PDA及PMP等裝置,更是當中的佼佼者。


雖然,目前可攜式裝置的多媒體功能已臻至完備,但消費者與開發者則從未停止追求更先進與強大的多媒體應用。尤其是在顯示與音訊技術已相當成熟的多媒體平台上,新的多媒體應用勢必因應而生,而行動電視(Mobile TV)因具備即時收視且蘊藏龐大的廣告商機,預料將是下一步被整合的功能之一。


不同於過去迷你的隨身電視機,新一代的行動電視應用著重以數位訊號接收為基礎,同時具備互動性與極高的整合度,能在手機、PDA等個人裝置上收視。由於行動電視以個人收視為訴求,因此潛藏的市場規模龐大,相關的零組件供應商與系統製造商也都磨刀霍霍,準備進軍此一市場。而目前的手機因具備顯示與音訊的功能,成為主流的媒體載具,更是現今兵家必爭的市場。


行動電視市場步入起飛期

剛剛才落幕的北京奧運,在開幕前就已將行動電視應用炒的震天價響,包含電信商與手機業者紛紛推出相關的服務,而隨著賽事的進行,行動電視更是加溫熱銷,並帶起了全球一股行動電視的熱潮。雖然北京奧運已閉幕,但行動電視的發展卻不會因此進入空窗期,反而因此的奧會獲得了正面的驗證,更有助於加速日後的普及。


根據日本市場研究機構TSR的調查報告顯示,2007年全球具備行動電視服務的各種電子產品合計約有3,200萬台左右,其中,手機以所佔的比例最高。而2008年將會延續此趨勢發展,預料將接近8成左右。從該趨勢推估,手機作為行動電視的主要載具,該是大勢所趨。另一家研究公司In-Stat也表示,日本是目前行動電視的領先國家,全國約有2000萬支手機具備電視接收器,而南韓居第二,約有820萬支。In-Stat並指出,截至2007年底,全球約有2970萬的行動電視收視戶。而日、韓兩國的帶動下,2008年更會呈現倍數的成長,擴大至5690萬名。


而除了日韓兩國之外,行動電視在歐美地區也逐漸嶄露頭角,開始有營運商提供小量的收視服務。在瑞士,每天約有4萬人透過手機來收看100秒的電視新聞。而在義大利,則有1 00萬人每個月支付固定的費用,收視系統商提供的行動電視頻道。數月前,美國最大的電信商AT&T也在美國開播了AT&T Mobile TV的服務,使用者只要每月支付15美元,便可收看10個頻道。而該公司也同時販售可以接收此電視廣播服務的手機。此外,英國、法國及德國也都有相關的服務即將推出。


手機行動電視晶片市場看漲 各家爭鳴進入戰國期

而隨著行動電視的陸續普及,作為行動電視主要載具的手機零組件市場也將隨之改變,其中扮演關鍵應用的行動電視晶片組更是水漲船高。


就有分析師指出,隨著行動電視市場應用環境的逐漸成熟,手機電視將會出現爆發性的成長。因此,未來幾年內,行動電視將成為手機市場最強大的市場趨力。分析師表示,目前照相、MP3、影片播放等手機功能,在手機應用的普及率已經達到一定程度的飽和,市場的成長速度也將逐漸放緩,同時由於晶片整合度的增加,這些應用對手機晶片市場的提升有限。因此,手機晶片市場的成長將必須依賴一些新興應用,比如行動電視、GPS或手機付費等。


《圖一  未來幾年內,行動電視將成為手機市場最強大的市場趨力。圖為具備行動電視功能的Nokia N92手機。》
《圖一 未來幾年內,行動電視將成為手機市場最強大的市場趨力。圖為具備行動電視功能的Nokia N92手機。》

目前,多家行動電視晶片商也都看好行動電視在手機上的應用市場,紛紛推出了對應的產品,尤其是2008年,更呈現百家齊鳴的局面。除了傳統的手機晶片商如德儀(TI)、英飛凌(Infineon)、飛思卡爾(Freescale)、博通(Broadcom)、恩智浦(NXP)及高通(Qualcomm)等順勢切入此市場外,一些專門提供行動電視應用的晶片商如思亞諾(Siano)、Telegent、Newport Media等廠商,也開始推出手機專用的行動電視晶片。而慧榮科技(Silicon Motion)也同樣看好手機的行動電視市場,在併購韓國最大的無線射頻IC公司FCI(Future Communications IC),也推出了手機行動電視的解決方案,成為此市場的一匹大黑馬。而台灣的聯發科也已展開行動電視晶片DVB-H、DVB-T標準解決方案的研發,準備與其手機晶片結合開拓此市場;另一家台廠展訊則以搶攻大陸市場為目標,於今年第二季推出了支援大陸CMMB標準的手機晶片。


據統計,截至2007年底,全球行動電視用戶數僅為2970萬人,佔不到全球手機用戶數的1%。因此,行動電視應用市場在手機平台上的發展潛力仍相當可觀。


手機行動電視晶片的發展關鍵

行動電視要在手機平台上應用,勢必面臨許多設計上的困難。除了必須與通訊的射頻與基頻功能並存外,還要針對手機應用特性做設定,相較於其他的裝置,複雜性提高許多。


體積需求壓縮製程向下

相較於其他的行動裝置而言,手機在產品體積的要求上更是斤斤計較,包含多功能的智慧型手機在內,目前所有的手機設計都走向輕薄短小的設計方向。由於產品的體積小,意味著內部的晶片解決方案也必須相對縮小,因此,手機行動電視晶片在設計上第一步就是面臨製程與封裝尺寸的挑戰。慧榮科技總經理苟嘉章表示,手機行動電視解決方案有三個重要的組成,第一是調諧器(Tuner)、第二解調器(demodulator)、第三是數位媒體處理器(Meadia Processor)。而為了因應手機平台的設計需求,所以三者必須整合在一起,同時體積必須要小。而體積要小,晶片製程相對就必須更先進。他指出,如果不是整合的需求,實在沒有必有把一個90奈米的Tuner微縮至65奈米,為的就是與demodulator做整合。


收訊靈敏度與抗干擾性能影響收視品質

反應行動電視的品質和性能最主要的指標便是良好的收訊靈敏度,其最大的挑戰便是要有能力在各種不同的環境條件下,如高速行駛、隧道和建築物內等環境中,都要能提供相當的畫面品質。為了在訊號較弱情況下對訊號進行補償,RF調諧器必須能識別被噪音包圍的微弱訊號數據,因此,具有良好的靈敏度等級的RF設計就非常重要。而使用前向糾錯(FEC)技術來對傳輸訊號做補償,也是提升收訊品質的方法之一。目前來說,一個良好的收訊靈敏度等級約是(-98dbm)。


《圖二  慧榮科技在併購韓國FCI之後,也推出了手機行動電視的解決方案,成為此市場的大黑馬。》
《圖二 慧榮科技在併購韓國FCI之後,也推出了手機行動電視的解決方案,成為此市場的大黑馬。》

此外,行動電視抗干擾性能也是晶片設計的一大挑戰,尤其在製程微細化與高整合設計時的難度更高。由於行動電視接收器必須覆蓋的頻譜會導致大量的無用訊號,因此必須利用接收器的動態範圍加以解決,因此對線性度、噪音性能,及寬頻RF增益控制迴路就有很高的要求,但也可能導致整體的功耗增加。所以標準的接收器設計必須滿足所有的線性和噪音指標,即使在實際應用中並不會處於這些惡劣的環境之內。


電耗仍是進入市場的成敗關鍵

目前行動電視的功耗問題仍是晶片設計商急欲突破的重點所在,特別是在手機的應用上。由於行動電視主要是利用手機內建接收模組或者3G來接收影音訊號,而兩者的功耗問題都是手機商最棘手的問題。現今行動電視的廣播標準大多針對功耗進行解決。


以DVB-H為例,其為了提升移動接收能力,在實體層新增了4K mode,此為介於2K mode與8K mode之間的傳輸模式。由於傳統的DVB-T標準,8K mode處理多重路徑反射效應的能力較強,可提供較廣的電波覆蓋範圍,因此建構成本較低,但行動接收性能較差。而2K mode的特性則恰好與8K mode相反,因此在DVB-H中新增4K mode以兼顧8K mode的涵蓋範圍優點與2K mode的高行動優勢。此外,DVB-H在鏈結層又新增了Time slicing與MPE-FEC兩項技術。其中Time slicing就是以降低系統功耗為主要目的。


《圖三  慧榮科技總經理苟嘉章表示,行動電視在手機上會遇到漫遊的問題,因此支援多模標準有其必要。》
《圖三 慧榮科技總經理苟嘉章表示,行動電視在手機上會遇到漫遊的問題,因此支援多模標準有其必要。》

而除了DVB-H之外,其他的數位行動電視標準如,MeadiaFLO、T-DMB/S-DMB、ISDB-T及CMMB等,在功耗上也都持續做改進,以符合手機的應用需求。


Telegent Systems業務主任林弘烈表示,由於手機朝向輕薄短小的設計,相對的電池體積也會受限,所以電池的容量和續航力都不會有太多的提升。在這樣的前提下,行動電視的電耗設計就必須斤斤計較。他強調,消費者並不能接受具備行動電視功能的手機其待機時間僅有一般手機的一半。


多模多標準的整合設計勢在必行

由於行動電視標準目前仍處於地區標準各異的局面,而以其發展來看,未來也還沒有整合的可能出現,因此,多標準共存將會是常態的狀況。加以手機的使用具備跨區跨國的特性,因此晶片在設計上,就必須考量支援多重標準的技術。


無線通訊晶片的龍頭Qualcomm,除了持續推動自有的行動電視標準MeadiaFLO外,也意識到多標準共存的事實,因此在其晶片解決方案中也已具備多模接收的功能。目前Qualcomm已具備能同時支援MediaFLO、DVB-H以及ISDB-T等3種行動電視標準的多模UBM晶片,可應用在多模手機上。而其他的晶片商如博通、英飛凌及Siano等,也同樣推出了具備雙模以上的晶片解決方案。


《圖四  Telegent Systems業務主任林弘烈表示,手機朝電池的容量和續航力有限,行動電視的電耗設計就必須斤斤計較。》
《圖四 Telegent Systems業務主任林弘烈表示,手機朝電池的容量和續航力有限,行動電視的電耗設計就必須斤斤計較。》

苟嘉章也表示,行動電視在手機上勢必會遇到漫遊的問題,因此支援多模標準是有必要的。但他也指出,行動電視跨區漫遊短時間內還很難實現,加上牽涉商業模式的問題,並有賴內容供應商與電信商共同來解決。單就晶片商的角度而言,技術並不是最困難的問題,經營策略才是重點,而能夠符合主要市場當然是發展的方向,而慧榮科技也預計在明年初推出SoC的單晶片產品。


而在技術上,雖然行動電視標準眾多,但在實體層多是採用正交分頻多工(OFDM)技術台進行調變,頻道編碼模式也是異曲同工。除了Qualcomm的MediaFLO標準較不相同外,其餘的技術差異不大。開發商只要能掌握各地區所使用的頻譜差異,便能順利切入該市場。


因應RF整合 SiP技術成設計主流

基於多模多標準的系統應用需求,故在晶片的設計上就必須將前端的元件,如功率放大器等整合在一起。但傳統的SoC技術很難將RF功率放大器、濾波器和開關整合在一起,尤其在高頻、高壓的交互作用下,將會提高功耗並導致大量的熱產生,對多功能且高功率的使用平台而言,此問題將會更加嚴重。


《圖五  SiP技術能整合的多個功能元件,能大幅減少元件間的干擾,是目前多模晶片設計最具效能的方法。》
《圖五 SiP技術能整合的多個功能元件,能大幅減少元件間的干擾,是目前多模晶片設計最具效能的方法。》

目前,手機晶片上常見的RF電路SoC技術,仍很難做到前端元件的整合,因此,晶片的前端整合設計便轉向以使用系統級封裝(SiP)技術為主。由於SiP技術能整合的多個功能元件,不但單一元件能有較佳的製程和效能表現外,還能大幅減少元件間的彼此干擾,是目前多模晶片設計最具效能的方法。此外,SiP技術在設計上也較為快速,在縮短上市時程和客制化上都有較佳的優勢。


另外,為了與數位MAC晶片整合,RF晶片電路使用CMOS製程也成目前的主流設計。由於使用Si材料並結合CMOS製造,將可有效與MAC做整合,有助於多模單晶片的設計。相較於使用GaAs材料生產,CMOS製程雖然性能較低,但其在大規模量產上仍較具成本優勢。


類比電視也是另一個選擇

除了目前主流的數位行動電視解決方案之外,以接收傳統類比訊號為基礎的行動電視方案也是另一個可行策略。其無需等待新的商業模式成型,且無需增建昂貴的基礎建設,只要在手機上採用該晶片模組,就可接收既有的電台和頻道,是最快且最經濟的行動電視解決方案。


Telegent Systems便是手機類比行動電視解決方案供應商的佼佼者。Telegent業務主任林弘烈表示,行動電視要發展有四大部分,為頻譜、標準、基礎建設與內容,四者要齊備才能發展出具體的規模。而眼觀目前市場急推的數位行動電視則仍處在混沌的狀況,四個主要的結構尚未備齊,短期內難有一定程度上的發展。而類比電視則已存在許久,是目前最成熟電視解決方案,在手機系統設計上也沒有2G、3G的平台差異。


《圖六  除了目前主流的數位行動電視解決方案之外,以接收傳統類比訊號為基礎的行動電視方案也是另一個可行策略。圖為採用Telegent類比解決方案的手機。》
《圖六 除了目前主流的數位行動電視解決方案之外,以接收傳統類比訊號為基礎的行動電視方案也是另一個可行策略。圖為採用Telegent類比解決方案的手機。》

林弘烈表示,相較於數位訊號,類比訊號的行動電視晶片解決方案在設計上要困難許多,除了要求晶片尺寸小之外,電耗需求也是關鍵問題。但他指出,這些問題Telegent皆已克服。Telegent的行動電視解決方案不但達成低耗電(較以往降低80%),同時接收的性能也非常優越,能在時速高達300公里的高速列車上正常收視,此外,晶片的體積也非常小,僅有8 x 8mm。其TLG1100單晶片解決方案在2007年就有500萬顆的出貨量。


但林弘烈也強調,雖然目前類比行動電視解決方案的市場穩定,但不可諱言的,數位絕對是未來的發展趨勢,因此Telegent也已著手研發整合數位訊號的解決方案,至於具體的上市時間仍未定,但支援的數位行動電視標準將會以DVB-T為優先。


結語

套一句流行語來說,行動電視已是「老梗」了。市場、分析師和相關業者們早已談論了一段時日,但除了日、韓兩國有比較明顯的市場之外,其餘地區也只有零星的使用者,並未見大規模的流行。造成的原因很多,但最主要的問題還是出在商業模式,技術的層次反而不是問題。


慧榮科技總經理苟嘉章便明白指出,行動電視將會是手機最重要的應用,但發展的關鍵還是在商業模式,這個問題電信商與內容供應商必須合作來解決。而基礎建設的部份,則有賴國家的策略來協助,究竟要採用衛星播送還是基地台傳送,要有一致的定見才行。


至於晶片設計上,選擇有利的市場進行投資則是所有晶片商必須仔細考量的事。苟嘉章表示,商業模式的制訂並不是晶片供應商要做的事,晶片商只能較被動的迎合手機製造商的需求,因此選擇有利的市場投入便很重要。但他也認為,晶片商走向提供整合方案是共同的方向。


雖然,距離完整的行動電視市場成型仍須一段時間,但無論如何,行動多媒體和3G手機的逐漸普及,已替行動電視紮好馬步,接下來就是靜待關鍵的任督二脈適時打通。而2008年將會是很有進展的一年,苟嘉章表示,至少會有20款左右的行動電視手機會在年底面市。


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