電信商卯足全力　NB-IoT商用不落人後

NB-IoT協定鎖定低頻寬需求的IoT應用，為智慧城市、智慧家庭與車聯網等應用領域的理想通訊協定選項。做為LTE延伸標準的一部分，NB-IoT擁有既有LTE基礎架構的支援，可提供電信等級的可靠度與安全性，以及優異的穿透力與穩定性。 

圖1 u-blox商業開發主管黃俊豪談到，2017年為NB-IoT商用起飛的一年，全球各大電信商開始陸續部署相關網路環境。

u-blox商業開發主管黃俊豪(圖1)表示，2017年推出NB-IoT的電信業者可說遍地開花，包含中國移動、中國電信、KT、LGU+、DT、與荷蘭和西班牙的Vodafone等電信業者皆已進入商用。這些技術將出現在包括智慧家庭、智慧型公用事業、資產追蹤、穿戴式設備、健康照護、保全及環保、工業和農業的監控及控制的終端市場和應用中。 

根據研究調查單位ABI Research預測，電信標準的蜂巢物聯網(Cellular IoT)市場可望在未來幾年內呈現爆發性成長。其中，NB-IoT標準將占有蜂巢物聯網設備出貨量的三成以上，超越傳統機器對機器(M2M)或當前的加強型機械類型通訊(enhanced Machine Type Communication, eMTC)標準。 

黃俊豪談到，NB-IoT和eMTC非常適合運行於Sub-1GHz的頻段之間，其因在於該頻段有助於NB-IoT和eMTC在廣域、甚至是郊區接收訊號，並提供高品質的成本效益。目前3GPP制定的標準中，第三代合作夥伴計劃(3GPP)R13規格與R14規格皆有對於窄頻物聯網技術的相關探討；以電信商而言，考量基礎建設與服務的完善度，大多採用R13規格作為先行規範，而R14規格部分，約於2018年第三季才能有較多的支援出現。 

全球物聯網商機龐大，傳統的4G網路已無法滿足大量設備聯網需求，NB-IoT應運而生，以其低功耗、低成本、大量連結、廣域覆蓋等特性，迅速成為全球資通訊大廠及運營商的新寵兒。另一方面，eMTC也就是所謂的Cat. M1，則滿足高可靠性、低延遲性以及語音通話需求，促進物聯網產業更為成熟。 

全面迎戰物聯網市場　NB-IoT/eMTC輪番出擊 

兩大領先的LPWAN連線標準包括在美國前景看好的Cat. M1，以及逐漸在歐洲、亞洲取得一席之地的NB-IoT。舉例而言，中國政府已鎖定NB-IoT，並將於2017年進行全國部署。根據ABI Reasearch的研究指出，此兩大技術結合後，預期M2M行動模組到2021年的出貨量可能逼近5億。 

圖2 SIMCom技術總監孔凡兵認為，NB-IoT和eMTC這兩項技術針對不同的應用場景而設計，具有很好的互補作用。

芯訊通(SIMCom)技術總監孔凡兵(圖2)分析，大陸LPWAN網路施行策略，將以NB-IoT為主，eMTC為輔的方式進行。現階段可看到中國移動正開始在346個城市內施行NB-IoT建設，目標於2017年底前於整個大陸地區全面推動商用NB-IoT。其中，900MHz頻段為NB-IoT首選頻段，1800MHz頻段為補充頻段。 

此外，中國電信是大陸地區最早提出NB-IoT商用的電信商，並按照連入NB-IoT的網路次數計算費用，搶先公布該技術的資費標準。目前已完成31萬個NB-IoT基站鋪設，工作頻段為800MHz。 

滿足家庭/城市應用　 多模模組熱度狂飆飆 

以實際應用來看，NB-IoT與eMTC強勢進駐於智慧城市與智慧家庭的應用，包含智慧停車、物件追蹤、智慧照明、智慧鎖和智慧抄表等領域。雖然這兩項技術皆是因低功耗、低資料傳輸量的物聯網應用而生，但以技術本身所關注的目標市場依舊有所區分，故各大晶片商、模組商或電信商紛紛推出多模應用的相關解決方案，以搶攻家庭與城市的龐大商機。 

NB-IoT與eMTC兩者都為低複雜度、低功耗，更深更廣的覆蓋和更高終端密度而設計，同時能和諧地與其他LTE服務共存。此外，這兩者技術針對不同的應用場景而設計，彼此之間具有互補的作用(表1)。 

表1 LPWAN範圍內的技術規格比較表

eMTC僅使用1.4MHz的頻寬就能夠提供高達1Mbit/s的吞吐量，還支持包括VoLTE在內的各種基礎功能。此外，其支持的行動性還適用於包括物件追蹤和可穿戴裝置在內的廣泛物聯網用例。 

NB-IoT則可延伸到低吞吐量，耐延遲的應用領域，比如水電儀表和感測器。資策會智慧網通系統研究所總監陳仕易(圖3)表示，NB-IoT最初的設計目標即是支援龐大數量的低效能裝置，每個細胞(Cell)至少支援50,000個裝置；其裝置須具備低複雜性、低資料量傳輸與低頻寬，並維持至少10年電力壽命，延伸的覆蓋範圍相較於GPRS提高20dB，同時是在支援行動通訊的情況下，最佳化協定的標準。 

圖3 資策會智慧網通系統研究所總監陳仕易表示，NB-IoT強調低功耗、低複雜性、低資料量傳輸與低頻寬等功能。

其實NB-IoT本身傳輸功率與LTE技術差不多，而其具備低功耗特性，主要來自於NB-IoT具備可長時間休眠的能力。孔凡兵談到，NB-IoT透過節電模式(Power Saving Mode, PSM)與增強非連續接收(Enhanced Discontinuous Reception)技術，實現低功耗的效能。前者是當裝置發送完數據之後，就進入休眠狀態，雖然可以節省電量輸出，但也喪失與基站同步傳輸的優勢。 

此外，陳仕易談到，NB-IoT主要的操作模式有三種，首先，In-band是布建在LTE頻段內，利用LTE載波(Carrier)的資源區塊(Resource Block)進行資料傳輸；其次，保護頻段(Guard Band)則是布建在LTE保護頻段上，利用LTE載波中未使用的資源區塊傳輸資料；最後，Stand-alone使用其他獨立的蜂巢式系統專用頻段來進行資料傳輸，如GSM載波。 

整體而言，完整的NB-IoT數據機包括通訊協定堆疊和PHY，與GPS同時運作時所要求的操作頻率不超過150MHz，其中包括充足的餘量來處理額外的功能，例如感測器融合。 

在3GPP R13規格之後，將會有一系列LTE IoT技術創新，帶來許多進一步的技術增強以滿足未來巨量物聯網的需求。例如，R14規格將為eMTC和NB-loT帶來諸如多播等新功能，為物件追蹤機制帶來更精確的終端定位功能。此外，R15規格工作項目中，正積極討論喚醒訊號和在分時多工(Time Division Multiplexed, TDD)上支持NB-IoT這兩種技術，預計將進一步加強eMTC和NB-IoT效能。 

簡單來說，如上所述，對NB-IoT而言，更強調低功耗、低資料量與低成本等需求，而eMTC則是提供高於NB-IoT的效能，滿足語音通話、移動性與高速率等應用條件，並支援硬體升級的能力，但其價格略高於NB-IoT。 

為滿足各式各樣的物聯網應用，晶片商與模組商如高通(Qualcomm)、聯發科(MediaTek)、SIMCom與u-blox皆已提供多模的解決方案。舉例來說，u-blox推出支援eMTC/NB-IoT多模模組，它具備了未來可透過eMTC實現VoLTE語音功能的硬體成熟度，可用來支援需要人機互動的應用，例如安全監控應用的警報面板。 

除此之外，SIMCom與高通合作，提供支援eMTC/NB-IoT/GPRS三模模組，有鑒於目前eMTC和NB-loT的網路還在陸續建置當中，因此採用三模模組的形式，加入GPRS銜接LTE網路應用。由於支援的頻率與電信業者的配置決策有可能在「當下」或稍後在現場才能決定，透過多模模組，協助廠商可輕鬆因應業務或市場情況的改變。