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基于LoRa低功耗無線通信技術(shù)的水表數(shù)據(jù)采集方法
來源: | 作者:pmoee9c9f | 發(fā)布時(shí)間: 1804天前 | 3289 次瀏覽 | 分享到:
基于LoRa低功耗無線通信技術(shù)的水表數(shù)據(jù)采集方法

通訊世代從2G 發(fā)展到4G，每一代的蜂窩技術(shù)都出現(xiàn)不同面貌的革新。從2G 到3G 增加接收分集技術(shù)，3G 到4G 則增加載波聚合，再到4.5G 時(shí)則是增加超高頻，4x4 MIMO，更多的載波聚合。而這些變革都為手機(jī)射頻發(fā)展帶來新的成長動(dòng)能。手機(jī)的射頻前端是指介于天線與射頻收發(fā)之間的通信零組件，包含濾波器、LNA(低雜訊放大器)、PA(功率放大器)、開關(guān)、天線調(diào)諧等。

濾波器主要用來濾除雜訊、干擾及不需要的訊號(hào)，只留下所需頻率范圍內(nèi)的信號(hào)。

PA 則是在發(fā)射訊號(hào)時(shí)透過PA 放大輸入信號(hào)，使得輸出的信號(hào)幅度夠大，以便后續(xù)處理。

開關(guān)則是利用開啟和關(guān)閉之間切換，允許信號(hào)通過或不通過。

天線調(diào)諧器則位于天線之后，但在信號(hào)路徑的末端之前，使得兩側(cè)的電特性彼此匹配，以改善它們之間的功率傳輸。

在接收訊號(hào)方面，簡單來說，訊號(hào)傳輸路徑是由天線接到訊號(hào)后，經(jīng)過開關(guān)及濾波器，傳至LNA 將信號(hào)放大，再到射頻收發(fā)，最后傳送到基頻。

至于訊號(hào)發(fā)射，則是從基頻出發(fā)，傳送至射頻收發(fā)后到PA，再到開關(guān)及濾波器，最后由天線發(fā)射訊號(hào)。

而隨著進(jìn)入5G，更多的頻段導(dǎo)入，以及涵蓋更多新技術(shù)，使得射頻前端零組件的價(jià)值不斷上升。


資料來源: yole, 鉅亨網(wǎng)制表

由于5G 導(dǎo)入的技術(shù)愈來愈多，射頻前端的零件用量和復(fù)雜性急劇增加，但智慧手機(jī)分配給該功能的PCB 空間量卻不斷下降，而透過模組化提升前端零件的密度成為趨勢。

為了節(jié)省手機(jī)成本，空間及功耗，5G SoC 和5G 射頻芯片的整合將會(huì)是趨勢。而這整合將分成三大階段：

第一階段：初期5G 與4G LTE 資料的傳輸將以各自獨(dú)立的方式存在。以1 個(gè)7 奈米制程的AP 與4G LTE(包含2G/3G) 基頻芯片的SoC，搭配一組射頻芯片(RFIC)。

而支援5G 則完全由另一個(gè)獨(dú)立配置進(jìn)行，包含一個(gè)10 奈米制程，能同時(shí)支援Sub-6GHz 及毫米波段的5G 基頻芯片，前端配置2 個(gè)獨(dú)立的射頻元件，包括一個(gè)支援5G Sub-6GHz射頻，另一個(gè)支援毫米波射頻前端天線模組。

第二階段：在考量制程良率與成本之下，主流配置仍會(huì)是一顆獨(dú)立AP 與一個(gè)體積更小的4G/5G 基頻芯片。

第三階段：將會(huì)出現(xiàn)AP 與4G/5G 基頻芯片SoC 的解決方案，LTE 與Sub-6GHz 射頻也有機(jī)會(huì)整合。至于毫米波射頻前端仍必須以獨(dú)立模組存在。


根據(jù)Yole預(yù)估，全球射頻前端市場將由2017年的151億美元，成長到2023年的352億美元，年復(fù)合成長率高達(dá)14%。此外，根據(jù)Navian估計(jì)，模組化現(xiàn)在占RF元件市場約30%，在不斷整合的趨勢下，模組化比率將在未來逐步上升。

最全「5G射頻」供應(yīng)鏈大解析

5G 世代掀起一波新的科技革命，如果說2G 到3G 帶來的是由基本類比通訊跨向個(gè)人數(shù)字應(yīng)用，那么4G 邁入5G 則是將更多場景串接相連，因此5G 已不只是考慮人與人之間的連結(jié)，而是將人與物、物與物全數(shù)串連起來。

通訊技術(shù)進(jìn)入5G 時(shí)代，在頻寬、延時(shí)、同步等技術(shù)出現(xiàn)全面性的提升，也帶動(dòng)無線通訊模組技術(shù)升級(jí)。

無線通訊模組主要分為射頻前端模組(RFFEM)、射頻收發(fā)模組、以及基頻訊號(hào)處理器三部分。其中，射頻前端模組主要是讓訊號(hào)在不同頻率下進(jìn)行收發(fā)。

以產(chǎn)品產(chǎn)值來看，4G世代射頻前端模組平均成本(全頻段)約10 美元，4.5G則約18 美元，市場預(yù)估5G將超過50 美元。而根據(jù)Yole資料顯示，2017年手機(jī)射頻前端市場規(guī)模150億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到352億美元，年復(fù)合成長率為14%。

射頻元件解析

射頻前端模組的主要包括功率放大器(PA)、雙工器(Duplexer)、射頻開關(guān)(Switch)、濾波器(Filter)、低噪放大器(LNA) 等元件。


圖: 華為

濾波器：具有雜訊過濾、抑制訊號(hào)干擾、突波吸收，及頻率選擇，保障訊號(hào)在不同頻率互不干擾傳輸?shù)鹊裙δ堋Ｆ涫袌鲆?guī)模最大，2017年約80億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到225億美元，年復(fù)合成長率19%，主要來自于高頻通信對(duì)BAW的需求增長。

功率放大器：負(fù)責(zé)將發(fā)送的訊號(hào)放大，也是最耗電的元件。市場規(guī)模排名第二，2017年約為50億美元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到70億美元，年復(fù)合成長率7%。

射頻開關(guān)：負(fù)責(zé)進(jìn)行訊號(hào)接收與發(fā)射通道之間的切換。市場規(guī)模位居第三，2017年達(dá)10億美元，預(yù)計(jì)2023年成長至30億美元，年復(fù)合成長率15%。

雙工器：簡單來說是將發(fā)射/ 接收訊號(hào)分離，保證發(fā)射/ 接收訊號(hào)能同時(shí)正常工作。

低噪放大器：負(fù)責(zé)將天線接收進(jìn)來的訊號(hào)放大。


圖: 華泰證券


射頻相關(guān)供應(yīng)鏈


圖: 鉅亨網(wǎng)匯整

濾波器市場發(fā)展現(xiàn)況

射頻濾波器包括聲表面濾波器(SAW)、體聲波濾波器(BAW)、MEMS 濾波器、IPD 等。其中，SAW 和BAW 濾波器是目前手機(jī)應(yīng)用的主流。

全球SAW 濾波器市場比重前五大的廠商分別為村田(47%)、TDK (21%)、太陽誘電(14%)、Skyworks (9%)、Qorvo (4%)，前五大合計(jì)比重高達(dá)95% ，形成寡占市場。而中國SAW 濾波器的廠商有麥捷科技、德清華瑩(信維通信入股) 和好達(dá)電子等。






圖: 鉅亨網(wǎng)匯整制表


至于，BAW 濾波器寡占情況更嚴(yán)重，市場排名前三名分別為博通(87%)、Qorvo (8%)、太陽誘電(3%)，合計(jì)高達(dá)98%。


圖: 鉅亨網(wǎng)匯整制表

功率放大器發(fā)展情況

手機(jī)頻段持續(xù)增加，PA 的數(shù)量也隨之增加。4G 多模多頻手機(jī)所需PA 芯片介于5——7 顆。根據(jù)Strategy Analytics 預(yù)估，5G 世代手機(jī)內(nèi)的PA 將多達(dá)16 顆。

目前全球PA 市場絕大部分比重被Skyworks(43%)、Qorvo(25%)、博通(25%)、Murata(3%) 占據(jù)。而Skyworks、Qorvo 和博通采用IDM 模式。不過，隨著許多無晶圓的PA 設(shè)計(jì)公司投入，PA 晶圓代工模式也在興起，主要有穩(wěn)懋等。


圖: 鉅亨網(wǎng)匯整制表

上述介紹都是以元件為主，若依照整合成度來看，手機(jī)終端設(shè)備射頻前端模組可區(qū)分為高、中、低整合模組。高整合產(chǎn)品主要有PAMiD 和LNA Div FEM，主要用于中高階手機(jī);中度整合產(chǎn)品主要有FEMiD、PAiD、SMMB PA 及MMMB PA 等。

舉例來說，iPhone X 中采用Qorvo 的PAMiD，Avago 的PAMiD，及Epcos 的FEMiD。PAMiD 屬于高整合產(chǎn)品，集合多模多頻的PA、RF 開關(guān)，及濾波器等，F(xiàn)EMiD 則屬于中度整合產(chǎn)品，主要集合射頻開關(guān)和濾波器等。

整體來看，射頻前端技術(shù)還是以歐美大廠獨(dú)占鰲頭，Skyworks、Qorvo、博通壟斷半壁江山。同時(shí)，高通也看上射頻元件這塊大餅，已推出相關(guān)產(chǎn)品。這些歐美通訊大廠紛紛投入，拉高高階市場進(jìn)入門檻，導(dǎo)致其它新興小廠只能往中低階手機(jī)發(fā)展，形成激烈的價(jià)格競爭態(tài)勢。