Zmiany w modułach radiowych

Sporo dzieje się w układach radiowych przeznaczonych do komunikacji na niewielkie odległości. Jeszcze pięć lat temu ten obszar aplikacji obejmował głównie proste konstrukcje radiowe pracujące w paśmie 433 MHz o mocy wyjściowej rzędu pojedynczych miliwatów, które służyły jako baza do realizacji zdalnego otwierania drzwi, do prostych aplikacji telemetrycznych i łączenia nieskomplikowanych urządzeń w całość w obrębie np. dużego domu. Moduły takie były wykonywane techniką hybrydową i z dzisiejszego punktu widzenia ich parametry radiowe nie były rewelacyjne.

Coraz większe oczekiwania użytkowników powodują, że oferta modułów radiowych w ostatnich latach znacznie się rozszerzyła i równolegle pojawiły się produkty przeznaczone do zastosowań profesjonalnych. Współczesne moduły radiowe wyróżniają się bardzo małym poborem mocy, niewielkimi wymiarami, tak że przypominają duże układy scalone. Pozwalają tworzyć sieci nie tylko o organizacji punkt- -punkt, ale i punkt-wielopunkt.

Praca na wyższych częstotliwościach, a więc oprócz 433MHz także 868MHz, a nawet 2,4 GHz i wydajniejsza modulacja zapewniają dużą szybkość transmisji danych sięgającą 1 Mbps dla wyższych pasm częstotliwości, co jest wartością bardzo dużą dla aplikacji i w porównaniu z tym, co było kiedyś.

To samo dotyczy możliwości pracy w kilku kanałach radiowych, zdolności do zestawiania łączy dwukierunkowych i wielu podobnych udogodnień automatyzujących konfi gurację toru radiowego. Moduły radiowe pozwalają na sterowanie pracą komendami AT, ustawianie parametrów konfiguracyjnych, niektóre realizują obsługę standardowych protokołów transmisyjnych takich jak ZigBee, dzięki czemu mogą być integrowane w większą całość z urządzeniami innych producentów.

Oprócz modułów komunikacyjnych w wykonaniu modułowym, na rynku dostępne są transceivery do bezprzewodowej transmisji w pasmach ISM w postaci specjalizowanych układów scalonych. Układ taki po dołączeniu niezbędnego otoczenia zewnętrznego tworzy kompletny tor nadawczo-odbiorczy, zawierający część radiową, koder danych cyfrowych, układ PLL, a od strony aplikacyjnej zawiera mikrokontroler z otoczeniem peryferyjnym.

Taki element jest w stanie zapewnić kompletny tor radiowy dla wielu prostych bezprzewodowych aplikacji konsumenckich, jak systemy bezkluczowych zamków, układy inteligentnego domu i podobne. Transceivery radiowe, produkowane przez Nordic lub wchodzący w skład TI Chipcon, zaczęto integrować z mikrokontrolerami, dzięki czemu możliwe jest tworzenie jednoukładowych aplikacji radiowych.

Z czasem rynek rozwinął się tak silnie w tym kierunku, że dzisiaj mówi się już raczej o mikrokontrolerach z wbudowanym transceiverem radiowym niż odwrotnie. Takie produkty znaleźć można w ofertach TI, Microchipa, Atmela i innych znanych fi rm. W uproszczeniu można powiedzieć, że na skutek zmian rynkowych mikrokontrolery z transceiverami ISM zastąpiły technologicznie klasyczne moduły radiowe bazujące na prostych odbiornikach superreakcyjnych i rozwiązaniach hybrydowych.

Natomiast moduły radiowe, takie jak na przykład produkuje Radiocrafts, to propozycja podobna funkcjonalnie do tego, co dają modemy GSM, a więc do aplikacji bardziej złożonych. Skoro w ramach jednego procesu technologicznego udało się połączyć część radiową z mikrokontrolerem, należy oczekiwać, że w przyszłości czeka nas kolejny skok technologii, w którym w jednoukładową całość połączony zostanie 32-bitowy mikrokontroler z modułem GSM, a może i GPS.

Radiomodemy na pasma licencjonowane

Wykorzystanie modemów radiowych bazujących na klasycznym układzie radiowym nadawczo-odbiorczym i parze częstotliwości do nadawania i odbioru w dupleksie jest popularną metodą realizacji komunikacji w przemyśle, wśród dostawców mediów komunalnych i w podobnych zastosowaniach bazujących na dużym obszarze geografi cznym. Modemy radiowe są niezależne od sieci komórkowych i nie trzeba w nich płacić za dane, ale ich wadą jest coraz większa podatność transmisji na zakłócenia.

Niestety w eterze jest coraz więcej urządzeń radiowych, które korzystają z coraz bardziej skomplikowanych modulacji. Wielki tłok w nadajnikach przekłada się na stale rosnący poziom zaburzeń elektromagnetycznych. W takiej sytuacji wykorzystanie klasycznych radiomodemów z kanałem dupleksowym w pasmach ogólnodostępnych staje się coraz mniej pewne. Z kolei praca w pasmach chronionych wymagała opłaty za pozwolenie radiowe, która wynosiła 1900 zł za rok. Kwota ta z pewnością była na tyle duża, że silnie ograniczała rozwój rynku, spychając aplikacje w kierunku modemów GSM.

Na szczęście od ponad 2 lat za pozwolenie radiowe do transmisji M2M w pasmach VHF i UHF trzeba zapłacić już niecałe 100 zł, co zdecydowanie ratuje sytuację i ponownie zwraca uwagę na ich możliwości. Modemy radiowe, jak na przykład produkty fińskiego Satela lub amerykańskiej firmy Racom, nie zapewniają dużej szybkości transmisji, ale charakteryzują się sporym zasięgiem wynoszącym nawet kilkanaście kilometrów. Jest to produkt przeznaczony do zastosowań profesjonalnych i o charakterze nieco niszowym, niemniej bezwzględnie potrzebnym.

Tabela 4. Plan raportów „Elektronika” na najbliższe miesiące

Zastosowania, czyli gdzie się rozwija rynek

Mimo że z perspektywy moduły do komunikacji bezprzewodowej są produktami uniwersalnymi, warto przez chwilę skupić się na głównych produktach i sektorach rynku, gdzie obecnie znajdują one zastosowanie. Najbardziej typowym obszarem wydają się być aplikacje w transporcie, gdzie urządzenia te służą do zarządzania flotą pojazdów, śledzenia położenia obiektów, np. w przedsiębiorstwach taksówkowych, usługach kurierskich itp. Takim zastosowaniom sprzyja obecność na rynku modułów podwójnych łączących w jednym produkcie GPS i GSM.

Drugim obszarem jest monitoring stanu systemów alarmowych, gdzie moduły GSM pozwalają na scalenie rozproszonej sieci i wygodne zarządzanie. Producenci systemów alarmowych odchodzą od monitoringu za pomocą radiomodemów, gdyż są one w większym stopniu podatne na celowe zakłócenia łączności i w fi - nalnym rozliczeniu droższe. Kolejnym obszarem jest komunikacja dla punktów sprzedaży, automatów biletowych, bankomatów, gdzie modem GSM/ GPRS jest wygodną i niedrogą alternatywą dla klasycznych linii telefonicznych.

Autoryzacja sprzedaży nie wymaga przesyłania dużej ilości danych, dlatego jest coraz chętniej wykorzystywana w miejsce tradycyjnych łączy kablowych. Podobne zastosowanie tworzą aplikacje związane z kontrolą stanu urządzeń rozsianych na dużym obszarze, które mogą okresowo wymagać obsługi. Przykładem mogą być chociażby automaty do gier.

Monitoring stanu w wielu zastosowaniach łączy się w jedną całość z telemetrią, czyli pomiarami zdalnymi. Kontrola stanu instalacji przemysłowych, pomiary natężenia ruchu w transporcie, zbieranie danych z stacji meteorologicznych, to kilka przykładów z ogromnej listy zastosowań, które składają się na główny nurt sprzedaży.

Po stronie systemów o ograniczonym zasięgu najpopularniejsze są zastosowania związane z eliminacją kabli w elektronice konsumenckiej, automatyce przemysłowej, medycynie.

Rynek od strony wyników

Mimo że w powszechnej opinii i wielu ocenach specjalistów rynek modułów do komunikacji bezprzewodowej szybko rośnie, wzrosty obrotów krajowych firm dystrybucyjnych oferujących omawiane urządzenia nie w pełni to potwierdzają.

Zgodnie z danymi zebranymi w ankietach, pokazanymi na rysunku 1, zestawienie wzrostów obrotów za lata 2006–2008 ma swoje maksima w okolicy 20%. Wartość ta jest z pewnością całkiem znośna i z grubsza odpowiada średnim wzrostom dla innych podzespołów i komponentów elektronicznych, niemniej w słupkach widać spore wahania, łącznie z tym, że niektórzy dostawcy zanotowali spadki sprzedaży, inni duże wzrosty.

Spośród trzech ostatnich lat najlepszy był rok 2007, co jest zbieżne z analogicznymi danymi dla reszty rynku; 20% jest dobrym, ale nie rewelacyjnym wynikiem, gdy przypomnimy sobie podobne analizy dla innych podzespołów elektronicznych, jakie wykonywaliśmy w ramach raportów w 2008 roku. Prawdopodobnym powodem zanotowanych wahań i różnic pomiędzy firmami jest dość duża konkurencja na rynku.

W ostatnich latach tematyka łączności bezprzewodowej, a zwłaszcza tej realizowanej za pośrednictwem sieci GSM, stała się bardzo popularna. Liczba dostawców modułów w kraju wzrasta, co jest pochodną rosnącego zapotrzebowania oraz tego, że na rynku światowym jest coraz więcej producentów.

O ile na początku rynek był podzielony między kilka topowych marek, takich jak Motorola, Siemens (Cinterion), SimCom, Wavecom, o tyle obecnie pojawiło się szereg producentów dalekowschodnich, konkurujących głównie ceną.

Technologia GSM ma już 20 lat rynkowej obecności, więc jest dzisiaj wyzwaniem praktycznie tylko dla technologów i projektantów układów scalonych, koncentrujących się na upakowaniu całości modułu do jednej struktury scalonej. Skutkiem opisanych zmian jest ogólny spadek cen i marży handlowych, które dla najprostszych modułów są dzisiaj poniżej 100 zł.

Bezpośrednio przekłada się to na ograniczenie maksymalnego tempa wzrostu sprzedaży. Redakcyjna ankieta tradycyjnie stała się dla nas okazją do zadania pytania o to, jakie oczekiwania mają przedsiębiorcy w stosunku do bieżącego roku. Na podstawie wyników z kilku pierwszych miesięcy można próbować wnioskować na temat ogólnej sytuacji na rynku, bo każdy porównuje aktualny stan z tym, co było wcześniej i w ten sposób wyrabia sobie zdanie na temat koniunktury.

Zestawienie tych opinii pokazano na rys. 2, a komentarz do danych może chyba być taki, że dominuje umiarkowany optymizm. W porównaniu do analogicznych zestawień tworzonych na początku roku niestety widać spadek oczekiwań, przybyło też pesymistów uważających, że obecny rok fi rmy zamkną z ujemnymi wskaźnikami.