大規模物聯網應用領域多元，然而產品設計、量測與訊號需求都面臨挑戰，因此業界廠商推出物聯網裝置所需的設計與量測方案，3GPP也投入IoT NTN研發，以擴大訊號涵蓋範圍。
大規模物聯網(Massive IoT)時代的來臨，透過物聯網連結的裝置數量大幅成長，多數智慧設備都納入物聯網的範疇。除數量外，物聯網的應用範圍也持續擴大，就連近期備受關注的元宇宙相關虛擬應用，都須以物聯網技術為基礎。針對大規模物聯網的需求，3GPP發展NR-Light、衛星物聯網(NB-IoT over NTN)，業界廠商也紛紛推出物聯網裝置所需的高整合元件與連線高度相容連線設計、低功耗Wi-Fi解決方案，以及物聯網裝置的量測服務，搶攻物聯網商機。
整合型方案加速產品上市時間
高度整合的物聯網方案除了能提升聯網的效能與通訊品質，也能有效降低裝置功耗與產品上市時間。英飛凌科技安全互聯系統事業部總監張瑞洋(圖1)說明，以英飛凌為例，除了原有的電源IC技術，在2020年收購Crypress及其旗下的Broadcom物聯網部門後，整合電源、聯網、汽車、MCU等技術，可一站式滿足物聯網領域中所需的服務。針對連接性，英飛凌採用在通訊市場中市占較高的Broadcom IP，藉此確保連線的相容與可靠度。功耗方面，由於物聯網裝置相關方案的設計朝向以電池供電為主，因此電源設計盡可能延長續航力，提升使用便利性。
圖1 英飛凌科技安全互聯系統事業部總監張瑞洋提及，整合型方案，可加速物聯網裝置的產品上市時間。
量測兼顧通訊協定/系統/元件
普源精電(RIGOL)資深技術市場協理潘光平(圖2)提及，完整的測試量測有助於提升產品品質、維持顧客的品牌信任度。物聯網裝置量測的核心是網路連接、嵌入式系統與電路、節點，完成這三方面的測試，才能確保產品的品質穩定。5G通訊的驗證，包含協定、軟體驗證與訊號測試；嵌入式系統80%由數位元件組成，類比元件則主要用來發射訊號，最需要量測的功能包含電源管理以及數位元件的通訊能力；而掌管物聯網對內溝通的節點，舉凡感測器、RFIC等元件都需要過驗證與測試。以量測所需的儀器分類，物聯網設備的量測分為協定、系統及元件三大層級，需要的測試儀器不同。協定測試的設備較昂貴，系統級則可以使用示波器、頻譜分析儀完成測試，多數的元件測試則採用網路分析。
圖2 普源精電(RIGOL)資深技術市場協理潘光平認為，量測有助於物聯網產品維持穩定品質。
低功耗Wi-Fi助力IoT連線
無線通訊實現物聯網應用的關鍵，芯科科技(Silicon Labs)資深現場應用工程師郭少青(圖3)表示，Wi-Fi便是物聯網常用的無線傳輸標準，但是傳統Wi-Fi有其局限，雖可傳輸大量資料，卻需要具備相應的高頻寬與高效能IC，但是多數IoT裝置的記憶體容量、效能不高，且必須考量低功耗與低成本的條件，導致運用Wi-Fi設計遇到瓶頸。面對上述挑戰，芯科科技提出低功耗Wi-Fi方案，結合新的Wi-Fi 6技術進展讓Wi-Fi連線更穩定且節能，同時提供已完成認證的模組，可協助客戶加速物聯網產品上市時間。
圖3 芯科科技(Silicon Labs)資深現場應用工程師郭少青表示，低功耗Wi-Fi滿足物聯網裝置的連線需求。
3GPP布局衛星通訊
針對物聯網相關的通訊標準，中華電信研究院無線通信研究所研究員謝泊頷(圖4)指出，現階段3GPP明確定義容量需求較低的NR Light應用，同時發展物聯網的非地面存取網路(Non-Terrestrial Networks, NTN)技術。針對3GPP推出的標準，現階段已商用化的R15著重在頻寬更大、傳輸速度更快的eMBB應用，搭配5G開台後相關的應用。R16則發布URLC的功能，支援工業物聯網、車聯網等應用。最新的R17標準則新增NR/IoT NTN與Recap技術，並預計在2022上半年發布進階版的5G標準R18。
圖4 中華電信研究院無線通信研究所研究員謝泊頷分析，3GPP為求拓展訊號覆蓋率投入IoT NTN研發。
最初NR Light標準專注於發展傳輸速度需求高於NB-IoT/LTM、低於eMBB及URLLC的應用，例如工業感測器、監視器影像以及穿戴式裝置等領域，隨後3GPP又將容量需求較低的NR Light技術定義為RedCap，避免技術應用與eMBB/mMTC/URLLC重疊。另一方面，3GPP發展IoT NTN，以補足山區、海洋等無基地台區域的通訊需求，拓展NB-IoT與eMTC的訊號覆蓋範圍。同時面對非3GPP標準的物聯網技術，如Sigfox、LoRa朝向衛星通訊發展所帶來的競爭壓力，加上R17標準中已涵蓋NR版本的非地面式網路，相關研究可供沿用，3GPP已投入NTN研究。
整體而言，大規模物聯網的應用進展快速，3GPP隨之部署RedCap與IoT NTN技術，大舉投入物聯網應用所需的通訊技術，並透過衛星通訊拓展無線訊號涵蓋範圍。通訊廠商則布局整合型連線方案、低功耗Wi-Fi與量測技術，期望在大規模物聯網快速發展的趨勢中建立競爭優勢。