現(xiàn)今無線通訊發(fā)展飛快，且應(yīng)用觸角更開始拓展到各種物與物的連結(jié)。因此，即便4G網(wǎng)路還在持續(xù)擴展布建，5G標準大戰(zhàn)早已煙硝彌漫，特別是窄頻物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）標準，已成為各方人馬積極布局的主戰(zhàn)場之一。

　　現(xiàn)今無線通訊發(fā)展飛快，全球無線通訊，發(fā)展得如火如荼，人們對于行動通訊、影音傳輸或終端應(yīng)用的需求日與俱增，所到之處網(wǎng)路無所不在，因此即便4G還再持續(xù)擴展布建時，5G的世代也宣告即將到來，當中所含的商機更是無限。

　　在國內(nèi)，經(jīng)濟部預(yù)計6年后，國內(nèi)通訊業(yè)產(chǎn)值可達2千億美元，因此為了迎接這龐大的通訊藍海，各國無不積極地要搶先一步占得先機，紛紛投入許多資源及研究，對于下一代5G通訊進行規(guī)劃和開發(fā)，想掌握其中的關(guān)鍵技術(shù)及專利，以提高被第叁代合作伙伴計畫（3rd Generation Partnership Project， 3GPP）標準採納的機會，俾助國內(nèi)通訊相關(guān)產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展。

　　5G通訊性能大耀進

　　在產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速的情況下，用戶端的各樣應(yīng)用也隨之增加，在面對全球用戶對于數(shù)據(jù)傳輸與網(wǎng)路容量需求越來越高的狀況下，5G網(wǎng)路便因應(yīng)而生，3GPP的5G相關(guān)的標準技術(shù)預(yù)計將在2016定案，在2020年預(yù)估相關(guān)產(chǎn)品將可步入商用階段。在其未來發(fā)展，不僅需要大的傳輸速率，并且還要比現(xiàn)今大以數(shù)倍的連結(jié)數(shù)，全球?qū)⒆呷肴f物皆聯(lián)網(wǎng)的時代（圖1）。

　　圖1　5G發(fā)展趨勢

　　知名諮詢機構(gòu)麥肯錫指出，2025年物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的應(yīng)用產(chǎn)值將達到11.1兆美元，5G提出低延遲、高傳輸、低耗能、大連結(jié)等特性，5G行動通訊預(yù)計在2020年全球?qū)⒂?00億個終端產(chǎn)品具備上網(wǎng)功能，整體系統(tǒng)容量（Capacity）需求也較4G增加1000倍以上，并且其傳輸延遲必須小于1毫秒（ms），因此下一代5G通訊的效能提升及技術(shù)挑戰(zhàn)勢必比先前更加嚴峻。

　　隨著智慧電錶、智慧家電、智慧工廠、可穿載設(shè)備這些應(yīng)用型終端的大量出現(xiàn)，越來越多的工作和生活都須要透過智慧終端來解決，對此，高密度的連結(jié)及降低終端成本需求變得越來越大，必要有新的技術(shù)來因應(yīng)這樣的需求。

　　5G關(guān)鍵技術(shù)剖析

　　在5G未來發(fā)展，不僅需要大的傳輸速率，并且還要比現(xiàn)今大以數(shù)倍的連結(jié)數(shù)，全球?qū)⒆呷肴f物皆聯(lián)網(wǎng)的時代，在3GPP首先提出機器對機器（M2M）/機器類型通訊（Machine Type Communication， MTC），其設(shè)計的目標主要有更低的設(shè)備成本、更低的功耗、更大的覆蓋率和支援大量的設(shè)備連線，但外界多數(shù)認為這只是一 個過渡階段的版本，因為其功耗和建置成本還是過高，對于需要更低功耗及更大量的連結(jié)數(shù)的應(yīng)用來說，其還是不夠為一可使用的技術(shù)，因此3GPP在R13提出一種更低傳輸資料量，更低的設(shè)備成本、更廣覆蓋率的技術(shù)，稱做NB-IoT（Narrowband-Internet of Thing），其最大的傳輸資料量為200kbit/s，頻寬也降至200kHz，并且其覆蓋率可在提升數(shù)倍，因此各主流電信營運商無不極力支持此技術(shù)（表1）。

　　NB-IoT搶進物聯(lián)網(wǎng)藍海

　　物聯(lián)網(wǎng)已發(fā)展多年，各式的應(yīng)用及技術(shù)都相繼被提出，如LoRa和SIGFOX，也都強調(diào)低功耗以及廣大覆蓋率的需求，但由于LoRa及SIGFOX使用非授權(quán)頻譜，因此代表不管任何人皆可使用此頻段，也形成許多不可控制的干擾問題，這變成在使用上非常不可靠，因此全球各大電信營運商傾向支持3GPP所提出之NB-IoT的技術(shù)，由于其使用授權(quán)頻段，并且可以在塬本的蜂巢式網(wǎng)路設(shè)備上快速部署NB-IoT的建置，對營運商而言便可以節(jié)省布建成本及快速整合塬有長程演進計畫（LTE）網(wǎng)路，因此可以預(yù)見未來NB-IoT將為全球主流電信商所推行的方向。

　　NB-IoT為一低功耗廣域網(wǎng)路（Low Power Wide Area，LPWA）的技術(shù)，其特點便是極低的功耗和廣大的覆蓋率及龐大的連結(jié)數(shù)，其裝置覆蓋範圍可以提升20dB，并且電池壽命可以超過10年以上，每個NB-IoT載波最多可支援二十萬個連結(jié)，而且根據(jù)容量需求，可以透過增加更多載波來擴大規(guī)模，使單一基地臺便能支援數(shù)百萬個物聯(lián)網(wǎng)連結(jié)。

　　在NB-IoT的設(shè)計上有幾項目標，一為提升涵蓋率，可以藉由降低編碼率（Coding Rate）來提升訊號的可靠性，進而使訊號強度微弱時，依舊能夠正確解調(diào)，達到提高覆蓋率的目的，另外為要大幅提升電池使用週期，其發(fā)送的能量最大為23dBm，約為200毫瓦（mW），還有為降低終端的復(fù)雜度，因此其調(diào)變上使用恆定包絡(luò)（Constant Envelope）的方式，可以使功率放大器（Power Amplifier， PA）運作于飽和區(qū)間，讓傳送端有更好的使用效率，在實體層設(shè)計上，也可以簡化部分元件，使復(fù)雜度降低，還有為減少系統(tǒng)頻寬，其頻寬設(shè)計在200kHz，因為在物聯(lián)網(wǎng)上不需要這么高的傳輸速率，所以便不需要這么大的頻譜，在使用上也能夠更彈性地分配，而還有一個重要設(shè)計目標就是要大幅的提升系統(tǒng)容量，使得大量的終端能夠同時連結(jié)，其中一種方法為可以使子載波區(qū)間更小，使得在頻譜資源分配上能夠更加的彈性，切出更多子載波分配給更多的終端。

　　NB-IoT在頻譜上有叁種布建方式，第一種為單獨布建（Standalone），此種布建方式為使用獨立或全球行動通訊系統(tǒng)（GSM）的頻譜，彼此不會互相干擾，是最單純的布建方式，但需要一段自己的頻譜。第二種是使用保護頻段（Guard Band）來布建，利用LTE頻譜邊緣保護頻段，訊號強度較弱的部分布建，優(yōu)點是不需要一段自己的頻譜，缺點是可能發(fā)生與LTE系統(tǒng)干擾問題。

　　而第叁種是在現(xiàn)行運作頻段內(nèi)布建（In Band），部署情境如圖2所示，在使用的頻譜則選擇在低頻段上，像是700MHz、800MHz、900MHz等，因為在低頻段能有更廣的覆蓋率，并且有較好的傳波特性，對于室內(nèi)環(huán)境可以有更深的滲透率。

　　圖2　NB-IoT叁種部署情境 圖片來源：NB-IoT enabling new business opportunities， 華為

　　然而，目前3GPP所提出之NB-IoT也包含各項不同的技術(shù)，目前主要可分為兩個方向，一為由諾基亞（Nokia）、愛利信（Ericsson）和英特爾（Intel）等陣營支持的NB-LTE（Narrowband-LTE）以及華為和Vodafone支持的NB-CIoT（Narrowband-Cellular IoT），兩種技術(shù)對于營運商最大的差別在于其可以在現(xiàn)有的LTE環(huán)境中，有多少可以重新使用于物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用中。

　　在NB-LTE幾乎可與目前現(xiàn)行的LTE設(shè)備相容，但NB-CIoT可說是一個重新設(shè)計的技術(shù)，須要建構(gòu)新的晶片，但在其涵蓋率可望更加地提升，設(shè)備成本也更為降低，因此兩個技術(shù)可說各有千秋，下面將對兩個技術(shù)做一概述。