滿足低資料率M2M應用　LTE-M標準發展備受矚目

物聯網掀起龐大通訊系統商機，為了跟上這波全新的聯網革命，第三代合作夥伴計劃(3GPP)除了在Release 12制定Cat. 0這個僅有1Mbit/s的資料傳輸率的標準技術，更預計在Release 13中推出更進一步的LTE-M標準技術。

3GPP為迎合物聯網發展，在Release 12、13中特別定義耗電量、設計成本更低，且每秒只有1Mbit/s資料傳輸率的LTE Cat. 0通訊技術，又被稱為LTE-M。Release 12中定義的Cat. 0已於2015年Q2發布，Release 13會再針對該技術提出修正，預計2016年拍板定案。

Release 13和前代版本不一樣的是，在上行鏈路(Uplink)和下行鏈路(Downlink)能支援1.4MHz頻寬、更廣的覆蓋範圍、將傳輸功率降至20dBm，因此，若網路營運商計畫要在網路架構中加入這些新的技術特點，勢必要在射頻接取網路(RAN)提出重大改變，以及升級核心基礎建設軟體，不僅網路營運商要先燒掉大筆資金，Cat. 0技術最快也要到2017年才會進入商轉。

事實上，華為於2015年世界行動通訊大會( MWC)展開前，就將LTE-M做為展會開幕前的活動焦點。華為表示，與LTE相比，LTE-M的覆蓋範圍擴大達一百倍，連線數量則可超過一千倍，但相關裝置的功耗則僅為LTE的十分之一。

一反過去Cat. 4、Cat. 6朝高資料傳輸率發展的趨勢，Cat. 0主要瞄準低成本和低耗電量的M2M應用，因此市場上也有人稱這類M2M通訊技術為LTE機器類型通訊(MTC)或LTE-M。

目前Cat. 0技術還在演進當中，一旦相關標準細節塵埃落定，網路營運商將會在Cat. 0裝置面市之前，趕緊著手網路架構的調整和升級。值得注意的是，在Cat. 0標準問世之前，先前就已存在於3GPP LTE標準技術中的Cat. 1將成為網路營運商、晶片設計和模組廠率先投入的M2M通訊技術，並在2015下半年~2016年可看見終端裝置大舉出籠。

LTE晶片供應商思寬(Sequans)認為，市場沒有必要等待Cat. 0的出現。Cat. 1標準在2008年拍板定案，不過當時大多數網路營運商和裝置製造商更看好需要高速網路，並且出貨量迅速攀升的智慧型手機，Cat. 1反而被忽略了。

不過，隨著LTE網路布建範圍日益擴張，以及2G/3G的加速退場，無線通訊系統的發展局勢也出現劇烈扭轉。為了讓LTE用於所有需要無線連接的應用場景，包括講求成本和低功耗的M2M應用，Cat. 1無疑成為網路營運商能快速實現物聯網M2M應用現有的最佳解決方案。不過，也有廠商對此抱持不同看法。中國大陸通訊設備大廠華為挾著從晶片、裝置到網路建置的高度垂直整合方案，並積極參與3GPP標準制定，快步躍向Cat. 1/0之後的LTE-M解決方案。

據了解，LTE-M技術細節還不明確，因此各界對於該技術的相關時間表看法也不一致。 由此可見，廠商對於進攻M2M應用的市場思維雖大不相同，卻清楚點出Cat. 0/LTE-M等無線通訊技術未來發展走向，以及無線通訊標準要想在物聯網市場取得一席之地甚至主流地位，勢必得先搶得網路營運商青睞，吸引晶片設計、模組廠商及裝置製造商的注意，進而建立完整生態系統。

搶攻M2M應用　LTE-M標準制定腳步加快

瞄準穿戴式、智慧工廠及M2M等低資料速率、低功耗應用，3GPP已提出Cat. 1、Cat. 0等MTC規格，並正加緊於Release 13新版標準中，制定更低延遲、更低成本的LTE-M規格，預計於2015年底前完成制定，2016~2017年開始導入終端裝置和基礎建設。

圖1　u-blox商業開發經理黃俊豪指出，M2M應用發展走向促使3GPP制定MTC技術規格。

u-blox商業開發經理黃俊豪(圖1)表示，3GPP的MTC規格是針對低資料傳輸率、低耗電量要求的M2M通訊應用而生。M2M應用需求讓原本講求高資料傳輸率的LTE技術另闢蹊徑，除了朝更高傳輸速度發展外，也走向低資料傳輸率的技術演進，因此3GPP開始在Release 12中訂定Cat. 0標準，其資料傳輸率只有1Mbit/s，而在最新的Release 13中更進一步提出LTE-M標準，資料率一口氣降至200kbit/s，讓收發端耗電量顯著降低，大幅提升LTE技術在M2M應用中的競爭力。

據了解，LTE-M標準制定目標是希望能降低模組設計複雜度以降低製造成本，而200kbit/s資料率僅需要單一收發天線，採用半雙工(Half-duplex)傳輸模式，也就是在不同的時間下，資料能進行雙向傳輸，但在同一時間內，資料只能單向傳送，如此可降低射頻(RF)設計複雜度。這些設計都是專為要求低功耗、低成本的應用而設計，像是智慧電表(Smart Meter)。

黃俊豪進一步指出，上述應用不像行動裝置講究大量資料傳輸的即時性和低延遲性，這些應用只須傳送微量資料，且可以容忍較高的延遲性，所以3GPP特別將LTE-M的接收頻寬從20MHz降為1.4MHz，從而減少基頻(Baseband)處理功耗。

黃俊豪提到，LTE Cat. 1/0和Release13的LTE-M規格，將有助於簡化營運商的部署過程；目前已有部分網路可支援Cat. 1，2015年6月開始進入商轉。至於LTE-M規格預計於今年底前制定完成，2016~2017年間開始導入，2018年邁入商用部署階段。

加速汰換2G市場　陸廠大動作布局LTE-M標準

瞄準LTE在M2M應用市場的龐大商機，中國大陸通訊設備大廠華為已決定跳過Cat. 1/0技術布局，直接砸下重金投資下一代LTE低資料率標準LTE-M，並與中國聯通合作展開相關試行網路部署，期搶占最大市場份額。

圖2　Quectel市場總監孫延明認為，Cat. 1/0標準是M2M應用現階段的過渡方案，未來廠商還是會將目光放在LTE-M標準上。

上海移遠通訊(Quectel)市場總監孫延明(圖2)表示，LTE-M具備低功耗、低資料傳輸速率和高覆蓋率三項特點，無論和終端裝置即將面市的Cat. 1，或3GPP於Release 12制定的Cat. 0標準相比，都具有更強的市場爆發力，因而晉升為中國大陸廠商前進M2M市場的主要目標技術，相關標準項目預計最快將於2016年底定，2017年可看見終端產品。

據了解，LTE-M技術採單向資料傳輸方式和簡易的設計，擁有比Cat. 0和Cat. 1更低的耗電量和建置成本，能讓裝置長時間處於醒著(Light Sleep)，對於穿戴式、車聯網、安防和智慧電表等新興物聯網應用發展相當有利。此外，各家廠商也投入研發各家的超窄帶技術，如將LTE的頻寬從20MHz改為180kHz，讓該技術的頻譜效率更加出色。

事實上，華為擁有一條龍的整合優勢，從晶片到網路設備全都一手包辦，因而能快速投入新標準，是中國大陸少數直接越過Cat. 1/0技術布局，大膽投入Cat. M解決方案的通訊廠商。現階段大多數的晶片商和模組廠仍舊按部就班投入Cat. 1/0解決方案，希望可以搶下部分M2M 3G無線通訊市占，以Quectel為例，預計將於2016年Q1推出Cat. 1解決方案，Q2進入量產。

圖3　芯訊通無線科技技術總監孔凡兵透露，芯訊通目前對於Cat. 1/0的晶片平台還正在評估當中。

芯訊通無線科技技術總監孔凡兵(圖3)也表示，LTE Cat. 1/0產品在M2M應用中具有相當明顯的優勢，芯訊通正在評估不同的LTE Cat. 1/0晶片平台，也預計將於近期推出LTE Cat. 1/0模組，並持續關注MTC規格的發展。

孫延明強調，不管廠商布局順序為何，LTE-M才是M2M廠商最終的關注焦點，Cat. 1/0只是過渡性產品。除了華為，歐洲電信營運商也已著手建置LTE-M相關基礎建設。

孫延明透露，網路營運商的角色對於新通訊技術的推動相當關鍵，只有營運商針對該技術進行相關布建，才會帶動上游晶片商和模組廠逐步投入。

據了解，Quectel 2013、2014年在中國大陸M2M通訊模組出貨量表現驚人，具有完備的LTE、Wi-Fi、GPS和藍牙解決方案，中國大陸前五大電信營運商皆為其長期合作客戶；據悉，Quectel 2G通訊模組主要晶片合作夥伴為聯發科，Cat. 1晶片合作夥伴則有高通(Qualcomm)、英特爾。

另一方面，新興低資料率聯網技術LoRa生態圈雖未如LTE壯大，不過仍舊有晶片商願意投入，以加速整合更多M2M應用。

圖4　Microchip居家應用解決方案事業群資深經理Mike Ballard解釋，LoRa可實現遠距離連線，同時大幅降低成本與功耗，能催生出更多M2M應用。

Microchip居家應用解決方案事業群資深經理Mike Ballard(圖4)表示，LTE M2M雖然是很好解決方案，但是連線所需的硬體設備的建置價格還是很高。現在有新技術如LoRa能夠實現遠距離連線，同時大幅降低成本與功耗，將會幫助啟動許多無法與LTE M2M技術整合的應用。

Ballard進一步舉例，智慧城市對M2M來說會是一個很大的應用商機。市場對於具備低資料傳輸率和低功率性能的遠距離連線有很大的需求，而隨著LoRa技術開始滿足市場的需求，會有更多的應用商機崛起。

事實上，LoRa無線技術使用以展頻為基礎的調變方式，無線通訊距離超過10英里(約16公里)，且電池壽命超過10年，針對的是非高資料傳輸率的應用，而大部分的物聯網應用都不需要高資料傳輸率。除此之外，與目前的電信通訊解決方案相比，LoRa提供了極低的功耗與較低價格，因此能實現那些過去備受限制的物聯網應用，以Microchip所發表的RN2483來說，其具有可擴展性、可靠的通訊性能、移動性以及能在惡劣室外環境中工作的特性，非常適用於範圍廣泛的低資料速率無線監測和物聯網與M2M的控制設計。

V2V掀車用網路淘金潮　模組廠攻802.11p商機

汽車對汽車(V2V)應用將掀起新一波M2M通訊模組淘金潮。當車聯網由先進駕駛輔助系統(ADAS)走向下一代技術V2V的同時，車廠對通訊模組的需求也大量湧現，而802.11p被視為V2V網路通訊技術新秀，正成為模組大廠投入開發的目標。

圖5　u-blox台灣區總經理江敏楠強調，車聯網從ADAS邁向V2V技術的同時，將會帶動更多通訊模組的需求量。

u-blox台灣區總經理江敏楠(圖5)表示，車聯網發展至V2V應用時將會需要更多通訊模組，因此該市場商機相當龐大。舉例來說，目前歐盟國家和許多汽車製造商關注的車禍緊急通報系統(eCall)就衍生出2G/3G/4G和全球衛星定位系統(GPS)通訊模組等需求，這些系統可協助傳送車輛資訊到公路局或警察局資料中心，讓交通人員能率先掌握車況。

V2V是繼ADAS之後的新一代車聯網技術，講求車輛之間要能即時、自動地傳遞訊息，因此需要比現在的車聯網技術擁有更低的延遲性(Latency)；而802.11p就擁有這樣的特性，其延遲性僅有5毫秒。江敏楠進一步舉例，V2V就是要讓車輛早駕駛一步處理緊急狀況，例如當前方發生事故時或前面車輛緊急煞車，後方車輛須在極短的時間內接收到訊息，並立即停下來。

據了解，通訊模組廠皆已投入802.11p技術布局，預計到明後年就有相關產品面市。江敏楠透露，廠商要發展該技術並不容易，須得到美國政府計畫許可，並取得技術白皮書(White Paper)才有發展可能性。據了解，投入該計畫的廠商不乏國際車廠和模組大廠，而u-blox亦是其中一員。

江敏楠不諱言，車聯網並不像消費性電子能快速適應新技術的誕生，相較智慧家庭或是工控，將是物聯網底下發展最慢的一環。因為車輛相當講求高可靠性和安全性，此外相關法規門檻也很高，因此車廠對於汽車零件的要求非常高，要導入一項新技術更是需要長久的時間評估。

此外，江敏楠也提到，若未來各國使用頻段不同，將降低國際車廠導入802.11p意願，對於該技術在車聯網的發展將是一大不利因素；不過，此一問題，可望在美國政府帶動下獲得解決。

資料來源：Nokia Networks