室外寬頻Wi-Fi的應用起飛,順勢也帶來了龐大的市場機會,同時也面臨了全球導航衛星系統(GNSS)定位新需求。由於Wi-Fi 6E的問世,增加了6GHz的頻段,使得資料傳輸速度大幅提昇。目前已經有不少相關的室內AP路由器產品上市,至於室外的應用也預計會迅速普及,相關應用場域包括了市民中心、校園網路、體育場,以及其他戶外運動設施等,特別是寬頻服務的供應商,包括有線電視運營商和無線網路服務供應商等。
然而最大的問題在於,6GHz這個頻段與現行5G通訊的頻段相互重疊,因此很容易造成互相干擾的問題。美國聯邦傳播委員會(FCC)為了解決這個問題,規範了6GHz的AP路由器必須具備自動頻率協調(Automated Frequency Coordination;AFC)功能,而Wi-Fi聯盟也對此提出了對應的規格需求書,其中室外用的AP路由器需要提供可靠的定位資訊,來作為完成AFC功能的依據。由於這樣的需求,使得定位能力成為室外寬頻Wi-Fi必須具備的功能。
Wi-Fi 6E的室外寬頻應用
FCC對Wi-Fi在6GHz頻段的規定,允許了室內低功耗設備在全6GHz頻段下運行,至於室外所謂的標準功率設備,必須在AFC功能的應用下才被允許,並且僅在U-NII-5和U-NII-7等頻段內。一旦設備欲以標準功率來運作,就必須透過AFC資料庫來查詢並認可。AFC標準可確保6GHz的Wi-Fi標準功率運作過程不會干擾6GHz頻段的現有5G訊號使用,例如使用該頻段進行點對點連結的公用事業與相關企業。
事實上,室外6GHz寬頻Wi-Fi對許多人來說,都是一個巨大的商機。u-blox業務開發經理陳曉誾指出,Wi-Fi 6E可以在6GHz的頻段中,運用多達14個額外的80MHz頻道,或7個額外的超寬160MHz頻道,來支援高清視頻傳送、虛擬實境等應用。透過這些更寬的頻道和更大的容量,即使在非常密集和擁擠的環境中,例如體育場、大型商場或其他公共場所等,Wi-Fi 6E的設備也能夠提供更高的網路性能,並同時支援更多的Wi-Fi用戶。
Wi-Fi 6E可以帶來更大的技術進步,因此可以導入許多新興應用,例如雲端運算(cloud computing)或者AR/VR等。只不過室外6GHz寬頻Wi-Fi的出現,似乎也與現有的通訊頻段產生了干擾與其他問題,特別是5G頻段由於與Wi-Fi 6E的6GHz頻段重疊,因此干擾問題更為嚴重。
目前Wi-Fi Alliance主導制定規範和測試計畫,確保標準功率(Standard Power)的Wi-Fi設備在6GHz的頻譜中可以順利運行,並避免對現有的設備產生干擾。為了支持這一點,FCC制定了針對自動頻率協調(AFC)系統的法規,來避免與現有的授權頻段產生相互干擾的問題。(值得注意的是,對於僅限室內使用的低功耗Low Power Wi-Fi設備,則不受AFC法規的限制。因為FCC認為,結合低功率和強制性室內使用,已經足以為6GHz頻段的現有設備提供保護。)
透過GNSS定位並回報位置,是標準功率Wi-Fi設備為了符合AFC規範的最主要解決方案。然而,由於這是全新的規範,因此許多Wi-Fi AP客戶初期對於GNSS的設計及測試並不熟悉。此外,有些客戶的標準功率設備,可能也會用於室內環境。因此GNSS接收衛星訊號的靈敏度(採用L1 vs. L1+L5)、GNSS天線的設計(採用L1+L5頻段的天線需要更大面積且成本更昂貴)、如何在價格與規格之間取得平衡,以至於是否必須納入消費者將Wi-Fi AP佈建在室內的哪個位置的種種不同考量,都成為Wi-Fi產品在開發過程中所面臨到的課題。
GNSS解決方案優勢
u-blox是專業的GNSS解決方案提供商,產品皆採用自主研發的晶片,並具備完整的產品家族,其中包含了系統級封裝(SIP)模組產品,不僅尺寸更小,也提供了價格上的優勢。針對現階段Wi-Fi 6E以及未來的Wi-Fi 7標準功率設備,u-blox也推出了第十代的MIA系列,其尺寸僅有4.5mm x 4.5mm,且內建SAW、LNA,可同時支援GPS、GLONASS、Galileo以及北斗等主要衛星系統。目前MIA-M10可援單一頻段L1,MIA-F10則可支援L1+L5雙頻段。
MIA-M10是以超低功耗u-blox M10 GNSS平台為基礎,其節能特性很適用於尺寸受限的電池供電資產追蹤裝置。MIA-M10可同步接收四個GNSS衛星訊號,來達到最大的衛星訊號可用性。另外也支援u-blox AssistNow輔助GNSS服務,這是透過網際網路提供軌道數據的一種服務,可縮短MIA-M10在啟動時確定其初始位置的時間,因此能夠立即追蹤衛星,無需等待緩慢的衛星數據下載才能完成。針對需要超長電源續航性的應用,則可透過u-blox的CloudLocate服務,利用把耗電的定位運算轉移到雲端,來延長IoT裝置的使用壽命。
這款僅晶片大小、且即時可用的GNSS模組不需要任何的外部元件,不僅減少了工程和測試工作,還可節省成本和資源,加速上市時程。結合其射頻靈敏度,這款GNSS模組可為具備小型天線的設備,以及在微弱衛星訊號環境中運作的裝置(例如大樓林立的都會區),提供更精確的定位效能。在應用方面,包括Wi-Fi 6E的室外寬頻設備,以及人員、寵物和牲畜追?器,還有工業感測器和消費性商品等,都是這款產品非常適用的領域。
![圖二 : GNSS衛星定位晶片在室外寬頻Wi-Fi應用扮演重要角色。](/art/2022/11/241015315920/p2S.JPG)
圖二 : GNSS衛星定位晶片在室外寬頻Wi-Fi應用扮演重要角色。 |
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u-blox自從成立以來,已經25周年的時間。該公司過去長期深耕於車用領域,由於車用嚴苛的應用環境與安全考量,也使得u-blox產品本身在開發階段,就設立了嚴密的規格及品質把關,來因應氣候等外在環境帶來對GNSS穩定性、耐受性等考驗。
結語
u-blox業務開發經理陳曉誾認為,日漸廣泛的戶外寬頻應用,使得GNSS定位的應用需求持續增加。尤其是隨著Wi-Fi技術的不斷演進,使得Wi-Fi在5G時代中,將繼續扮演消費者生活中不可或缺的連網媒介。
而整體消費市場對於GNSS需求的增加,也讓長期深耕於車用市場的廠商必須調整腳步,不論是產品開發的成本、開發時程、理解新的應用需求等不同層面,相關廠商(例如u-blox)都在進行產品與技術的升級,期望開發更貼近消費市場的產品,以打進更廣泛的消費市場應用領域。