高速連接如何助力物聯(lián)網(wǎng)

5G 蜂窩和 Wi-Fi 6 等下一代網(wǎng)絡(luò)正在開(kāi)啟物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 的新時(shí)代。 憑借更快的速度和更龐大的數(shù)據(jù)容量，這些超高速、可靠的網(wǎng)絡(luò)能支持?jǐn)?shù)以百萬(wàn)計(jì)的設(shè)備連入。這些設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)紛繁多樣的功能，涵蓋從相對(duì)簡(jiǎn)單的智能家居，到更為復(fù)雜的工廠自動(dòng)化、遠(yuǎn)程健康監(jiān)控，或是車(chē)隊(duì)遠(yuǎn)程信息處理等.

為了充分挖掘物聯(lián)網(wǎng)的潛力，我們需要在世界范圍內(nèi)建立一個(gè)強(qiáng)大的連接生態(tài)系統(tǒng)，來(lái)充分利用高速 5G 和 WiFi 6 網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)還要支持其他無(wú)線(xiàn)協(xié)議，以滿(mǎn)足特定物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不同限制和要求。這意味著需要：基于先進(jìn)的多頻段天線(xiàn)解決方案來(lái)設(shè)計(jì)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，以便有效處理更寬的頻率范圍;創(chuàng)建更小、更耐用的嵌入式組件，以便在各種應(yīng)用環(huán)境中記錄和傳輸數(shù)據(jù);以及，需要增加基礎(chǔ)設(shè)施，來(lái)幫助管理無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中可預(yù)期的數(shù)據(jù)激增。

TE Connectivity(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“TE”)作為大型電信公司在連接和傳感領(lǐng)域的合作伙伴，我們與客戶(hù)通力協(xié)作，幫助他們解決一些嚴(yán)峻的 挑戰(zhàn)。以下是我們正在進(jìn)行的重要?jiǎng)?chuàng)新，以幫助物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)爆炸式增長(zhǎng)。

先進(jìn)的天線(xiàn)設(shè)計(jì)

讓機(jī)器對(duì)機(jī)器實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地的通信，這給嵌入式和外部無(wú)線(xiàn)天線(xiàn)的性能帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。 設(shè)備設(shè)計(jì)人員和工程師需要豐富的天線(xiàn)方案，以滿(mǎn)足不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。

物聯(lián)網(wǎng)天線(xiàn)解決方案的其中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是它的寬帶頻率，需要覆蓋從低頻段，如600 MHz的LTE 蜂窩網(wǎng)絡(luò)，到 6 GHz 及以上的5G網(wǎng)絡(luò)。為了有效捕獲寬頻譜上的信號(hào)，天線(xiàn)技術(shù)需要提供足夠多的選擇性，和防止其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備干擾的絕緣性。

物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的天線(xiàn)性能還必須與其應(yīng)用場(chǎng)景的要求相匹配。例如，設(shè)于固定位置的設(shè)備，所處環(huán)境網(wǎng)絡(luò)好、信號(hào)強(qiáng)度高，那簡(jiǎn)單的偶極子或葉片天線(xiàn)就可以滿(mǎn)足它的性能需求。隨著應(yīng)用場(chǎng)景中網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的下降，則需要高增益的全向或定向天線(xiàn)來(lái)確保設(shè)備信號(hào)能觸達(dá)網(wǎng)絡(luò)。

為了應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，TE提供了全套的天線(xiàn)解決方案組合，來(lái)滿(mǎn)足不同物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中頻段和性能的多重要求。隨著高速網(wǎng)絡(luò)的不斷推廣持續(xù)推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新，TE深厚的定制天線(xiàn)能力可以持續(xù)滿(mǎn)足新應(yīng)用的頻率范圍和設(shè)計(jì)要求。

外形尺寸改進(jìn)

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)天線(xiàn)和傳感器的要求越來(lái)越高，除了希望它們具備先進(jìn)的性能，也希望它們能提供越來(lái)越小的封裝尺寸。無(wú)論是可穿戴設(shè)備、家居自動(dòng)化控制面板，還是智能交通的跟蹤設(shè)備，這些應(yīng)用領(lǐng)域的小型化需求還在不斷攀升。

印刷電路板 (PCB) 和柔性電路板 (FCB) 天線(xiàn)的創(chuàng)新已經(jīng)為小尺寸應(yīng)用提供了強(qiáng)大的產(chǎn)品選擇。在公共安全車(chē)輛上，我們也看到了相似的天線(xiàn)小型化的進(jìn)程。鞭狀天線(xiàn)已退出市場(chǎng)，取而代之的是小巧的鯊魚(yú)鰭天線(xiàn)和鹽罐式天線(xiàn)，這些天線(xiàn)可以支持寬帶無(wú)線(xiàn)，GPS/GNSS，和創(chuàng)建全聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛所需的其他頻段。

我們的工程師團(tuán)隊(duì)一直致力于在更小尺寸的天線(xiàn)中增加多個(gè)端口和額外頻率來(lái)滿(mǎn)足這些需求。

適用于任何環(huán)境

從工廠車(chē)間，到農(nóng)田，再到人們的手腕，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備無(wú)處不在。要確保這些設(shè)備持續(xù)不斷地記錄和傳輸數(shù)據(jù)，它們的設(shè)計(jì)必須要耐受一系列不可預(yù)測(cè)的環(huán)境情況。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備設(shè)計(jì)人員可以從各種滿(mǎn)足其特定應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的天線(xiàn)和其他組件中進(jìn)行選擇。作為連接解決方案提供商，TE 致力于對(duì)我們的組件進(jìn)行嚴(yán)格測(cè)試，以確保它們擁有足夠的彈性，可以應(yīng)對(duì)溫度、濕度、振動(dòng)和沖擊，以及其他可能威脅性能的嚴(yán)苛環(huán)境。

定制也是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵需求，每個(gè)應(yīng)用都有其獨(dú)特的環(huán)境要求。例如，我們的團(tuán)隊(duì)曾與一位客戶(hù)合作，該客戶(hù)需要為住宅區(qū)的戶(hù)外電箱安裝天線(xiàn)。客戶(hù)的要求是天線(xiàn)必須能經(jīng)受得住棒球棒或滑板的直接撞擊。為此我們的工程師開(kāi)發(fā)出一種小巧、堅(jiān)固的圓頂天線(xiàn)，能非常好地滿(mǎn)足這個(gè)要求。

另外一個(gè)案例是，一個(gè)醫(yī)療技術(shù)行業(yè)的客戶(hù)找到我們，希望TE幫助其開(kāi)發(fā)一種無(wú)線(xiàn)、可穿戴、非侵入式治療設(shè)備。于是，我們?yōu)槠涠ㄖ屏艘豢钐炀€(xiàn)產(chǎn)品，只要在手表大小的設(shè)備上就能提供手機(jī)式的多頻帶 4G LTE 連接。

功耗和熱管理

支持更寬的頻帶，并提供更好的信號(hào)覆蓋范圍通常需要設(shè)備有更高的功率。更高的功率也意味著產(chǎn)生更多的熱能。

尺寸較小的設(shè)備和嵌入式應(yīng)用無(wú)法依靠風(fēng)扇來(lái)散熱。于是，元器件制造商轉(zhuǎn)而使用多功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)在電路板層面散熱，從而為其性能的穩(wěn)定性保駕護(hù)航。

數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)解決方案

在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中增加數(shù)百萬(wàn)個(gè)額外的連接設(shè)備將導(dǎo)致需要傳輸?shù)皆苹蛑醒霐?shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量大幅激增。 數(shù)據(jù)中心和云計(jì)算提供商會(huì)通過(guò)擴(kuò)大它們的數(shù)據(jù)容量來(lái)應(yīng)對(duì)這一情況。然而，如果沒(méi)有強(qiáng)大的天線(xiàn)模式和MIMO相關(guān)性能的支持，即使高速網(wǎng)絡(luò)可以支持低延遲通信，集中式服務(wù)器/存儲(chǔ)器與提供實(shí)時(shí)安全或關(guān)鍵任務(wù)型應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間仍然存在通信延遲的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵任務(wù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的增長(zhǎng)將推動(dòng)對(duì)邊緣計(jì)算解決方案的需求。邊緣計(jì)算解決方案可以使數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)更接近物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。構(gòu)建這些邊緣網(wǎng)絡(luò)需要考慮和解決一些重要的新問(wèn)題。與溫度和濕度控制良好的集中式數(shù)據(jù)中心相比，位于現(xiàn)場(chǎng)機(jī)房的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施可能面臨相對(duì)惡劣的環(huán)境。這導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員不得不尋找更堅(jiān)固耐用的電纜和連接器，來(lái)適應(yīng)缺乏可控性(或者說(shuō)更惡劣)的邊緣環(huán)境。

物聯(lián)網(wǎng)需要全面集成和優(yōu)化的連接基礎(chǔ)設(shè)施，這就是為什么除了用于支持智能設(shè)備的天線(xiàn)、傳感器和其他組件外，TE將電纜和連接器也作為其物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的一部分。

合作開(kāi)發(fā)新的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

毫無(wú)疑問(wèn)，高速網(wǎng)絡(luò)可以幫助物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)飛躍。 有關(guān)智慧城市、全自動(dòng)工廠和自動(dòng)駕駛汽車(chē)的愿景正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。

但光靠更快的網(wǎng)絡(luò)本身是無(wú)法實(shí)現(xiàn)“互聯(lián)世界”這一愿景的。為了激發(fā)物聯(lián)網(wǎng)的潛能，政府、電信公司、設(shè)備制造商、建筑業(yè)主和像 TE 這樣的連接解決方案專(zhuān)家必須攜手合作，共同創(chuàng)建一個(gè)完善的生態(tài)系統(tǒng)，來(lái)應(yīng)對(duì)更快、更強(qiáng)大的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn)。

關(guān)于作者：

Mike Tryson

TE Connectivity數(shù)據(jù)與終端設(shè)備事業(yè)部副總裁兼首席技術(shù)官