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[专栏]NB-IoT揭露更多LTE物联网技术细节
[作者 陸向陽]   2015年11月10日 星期二 浏览人次: [24043]

虽然3GPP R12首次订立了LTE-M2M/MTC的终端装置标准,称为Category 0,但多数认为这只是一个过度阶段的标准,因为Category 0的传输率仍偏高,功耗与成本也偏高,更重要的是频谱需求也高,需要20MHz,即今日一般LTE基地台针对行动宽频而订立的最高通道频宽(不含载波聚合)。

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因此业界多将希望寄托在更后续的R13标准上,R13虽尚未完成,但近期有更多更具体、清晰的细节揭露。

首先,原本更进一步瘦身的装置标准为Sub Category 0,而今称为LTE-M与NB-IoT,其中NB并非是指笔记型电脑Notebook,而是窄频(Narrow Band)。 LTE-M将只占1MHz频宽,NB-IoT则只占200kHz频宽,两者与过往20MHz相比均大幅减量,传输率也从1Mbps降至200kbps。

由于NB-IoT只占200kHz频宽,因此布建上也相对便利,NB-IoT有3种布建方式,一为单独布建(Standalone),二是运用保护频段(Guard Band)来布建,三是在现行运作频段内布建(In Band)。

其次,NB-IoT也连带提出一个行销词,称为LPWA(Low Power Wide Area),简单说要达到低功耗、广泛覆盖,至于多广?目前所知为公里(km)等级,最远至20公里。

为了达到高覆盖性,一般也建议使用较低的频段来实现NB-IoT,如700MHz、800MHz、900MHz等低于1GHz的频段。此外,覆盖不仅牵涉距离,也牵涉穿透能力,此方面业界强调NB-IoT比过往2G GSM有更好的穿透性,信号强度多20dB,即便在室内用也能获得高通信品质。

三是价格成本,此方面华为(Huawei)认为晶片组的价格当在1美元,而以晶片组构成的模组(大陆称模块)也当在3~5美元间。除成本外,功耗方面则要求必须能持续10年使用不需要更换电池。

四则是基地台(大陆称为基站)的服务能耐,一个LTE基地台能承受、负荷多少个节点(终端装置)的服务?目前的设定是每个基地台必须能承受10万个(也有资料写5万个)。

事实上,除了现行LTE-M/LTE-M2M被要求基地台承受的节点服务负荷外,5G也有类似的目标设定,现阶段为每平方公里内100万个,亦即每平方公尺就可以有一个,相较之下,NB-IoT的要求还算初步。

除了技术设定外也有想定的应用,现行3GPP R12所制订的Category 0主要用于穿戴式电子与能源管理,更具体说即是健身类智慧手表、居家用电控制。而1MHz频宽的LTE-M则期望用于物品追踪(含宠物走失、脚踏车被偷)、水电瓦斯等公用事业抄表、连线型健康诊断监督、城市基础建设(即停车投币机记录、路灯管理)。而NB-IoT则偏向产业应用,如环境监督、智慧建筑。

应用想定后为时程规划、具体行动,NB-IoT标准预计2016年年中可以底定,而2015年9月,Vodafone、T-Mobile、中国联通等各地重量级电信营运商均已表态支持NB -IoT。

最后,其实NB-IoT与现行、未来多项通讯技术是竞争的,例如现有各晶片商自行订立与推行的Sub-1GHz传输方案,或者以NAN(Neighborhood Area Network)为定位的ZigBee技术,已想定运用于智慧电网(Smart Grid)与电动车充电站等应用,或者是IEEE 802.11ah,以及Wi-SUN、Wireless M-Bus等。

IEEE 802.11ah目前设定的通道频宽为1/2/4/8/16MHz,可与LTE-M比拟但不如NB-IoT。而ZigBee一般也要2MHz~5MHz通道频宽,仅有欧洲地区的868MHz仅使用800kHz频宽,同样不如NB-IoT。此外11ah传输距离也待考验,目前仅知可达1公里,无法与NB-IoT的数公里~20公里相比。

或许,NB-IoT的出现,会使其他竞争标准也跟进提升,将通道频宽进一步限缩,传输距离拉远,以便在公众场合型物联网应用、产业型物联网应用中,争取自己的空间与市场。

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