NB-IoT/Cat.1/eMTC同根不同際遇

作者 : Anthea Chuang,EE Times Taiwan

NB-IoT、Cat.1與eMTC技術皆鎖定物聯網大規模連結應用。即使這三項技術皆為3GPP定義的通訊標準規範,但受市場需求影響,導致三項技術的發展命運大不相同…

同在3GPP定義的LTE Cat.1-20及NB-IoT,皆鎖定物聯網(IoT)大規模連結應用。由於物聯網應用在全球如火如荼地展開,NB-IoT具備的低功耗、大涵蓋範圍,以及可支援巨量裝置連線的特性,使該技術獲得許多業者的支持,發展速度較LTE Cat.1迅速;但隨著2G、3G因4G、5G的發展停用,並讓出珍貴的頻段資源,技術特性與NB-IoT相當類似的LTE Cat.1,尤其是3GPP根據終端網路傳輸速率將LTE Cat.1劃分等級標準而來的Cat. M1 (亦稱為eMTC、LTE-M)則因具備行動性、比NB-IoT具備較高資料傳輸率,可以補足2G與3G既有的業務範圍,特別是「語音通話、中速率、行動連接」的需求,在網路覆蓋與延遲性上也更具優勢,因此,近期的發展有後來居上的趨勢。

不過,與eMTC同為兄弟的LTE Cat.1近期在中國市場卻有爆紅的跡象。LTE Cat.1在2009年被3GPP歸為物聯網的應用標準,早NB-IoT幾年誕生,但發展卻不如NB-IoT與eMTC。2G、3G服務的停用,除了為eMTC帶來更多機會,事實上也為LTE Cat.1注入新的發展動力。這是由於,LTE Cat.1晶片不僅研發腳步不曾停歇,也相對成熟,加上eMTC在中國三大電信業者眼中猶如「雞肋」,幾乎未建立生態系統,反而是中國電信在2017年即部署了Cat.1網路,高通(Qualcomm)也表示已開發Cat.1晶片。而這樣的「曲折」也讓Cat.1具備一定實力與eMTC一較高下,因此目前Cat.1與eMTC正在中國展開一場角力戰。

在台灣,四大電信業者NB-IoT的佈建已開始有所行動,反觀Cat.1和eMTC的發展則沒有較為顯著的動作。究竟在台灣物聯網市場,Cat.1和eMTC的發展會是如何?而LTE Cat.1、NB-IoT及eMTC在物聯網市場又會是什麼樣的關係?

 

LTE-Advanced與物聯網相關技術應用。

(來源:中華電信)

 

同宗技術各有優劣

LTE Cat.1、NB-IoT和eMTC都是3GPP所定義的技術標準。其中,Cat.1技術規範為Release 8,而NB-IoT和eMTC則是同在Release 13中定義,因此可以說Cat.1已是3GPP的老技術,當初3GPP為了在LTE時代中,除了行動通訊技術相關應用外,也能有一套針對物聯網應用的技術,因此定義了Cat. 1這項LTE發展過程中衍生而出的子技術。

不過,Cat.1當初的定義並未相當明確,以至於該技術在市場上的「能見度」並不高。德凱(DEKRA)產品檢測驗證暨服務部Connectivity總經理余天華表示,Cat.1是沿用LTE技術來定義的蜂巢式物聯網技術,因此許多技術特性和LTE相當類似,包括支援全雙工、有較強的傳輸能力——上行鏈路速率為5Mbps,下行鏈路是10Mbps,延遲時間為100ms,但有較強的傳輸能力也意味著該技術的功耗相對較大,這是Cat.1技術較為人詬病的一點。

同在Release 13定義的NB-IoT與eMTC,則是3GPP針對「近代」物聯網應用而制定的技術規範。分析吸引市場最多討論的NB-IoT技術規格——採用半雙工技術、上傳速率66kbps、下載26kbps、1~1.6秒延遲——可發現該技術與Cat.1的「能力」落差頗大,因此3GPP才會在Release 13加上eMTC技術,藉此彌補NB-IoT和Cat.1之間的距離。

余天華進一步說明,NB-IoT使用的頻寬約180kHz,「NB」兩字的意思即為窄頻(Narrow Band),因此傳輸速率先天上就無法有「傲人」的表現,但NB-IoT最大的優勢在於低功耗,因此該技術鎖定不要求即時回應的特定物聯網應用,如電表、水表。而eMTC相較NB-IoT採用的頻寬則是多了10倍,為1.4MHz,不但支援全雙工也支援半雙工運作,10~15ms延遲時間,上傳與下載速率皆為1Mbps,因此3GPP預備將該技術用於特別強調低延遲的物聯網應用,例如車載相關與車聯網等。

 

LTE Cat.1、NB-IoT、eMTC比較。

(來源:各廠商,EE Times Taiwan製表)

 

再細看LTE Cat.1、NB-IoT及eMTC技術特性,可以發現eMTC約介於LTE Cat.1和NB-IoT中間值。余天華指出,雖然eMTC的行動效果好,可用於車聯網應用,然而3GPP卻在Relesse 14中又定義了針對車聯網V2X應用的C-V2X技術,導致eMTC在車聯網應用中地位顯得有些尷尬。不僅如此,亦有業者提出車聯網相關應用中,強調行動性的V2X應用,可採用C-V2X,若是車輛在停止、沒電的狀態,或是故障需要求救等備用功能時,則獨立電池供電的NB-IoT技術,會是較佳的選擇,如此一來,將更壓縮eMTC技術發揮空間。

即便如此,目前全球物聯網應用,營運商仍以同時支援NB-IoT和eMTC為主要建置策略。

相互取代亦或共存?

中華電信資料顯示,目前全球物聯網技術以NB-IoT為主,各國的進展大致上是歐洲及亞洲優先部署NB-IoT,eMTC稍後進行;美國主要優先建置eMTC,NB-IoT則將隨後跟進,皆配搭NB-IoT和eMTC雙技術,以涵蓋較完整的物聯網應用所需。中國則有些不同,該地區是選擇NB-IoT與Cat.1相互搭配,余天華認為,中國物聯網應用市場捨eMTC而就Cat.1技術的原因,主要是中國三大電信業者從一開始就確定選擇NB-IoT (低速應用)與Cat.1 (高速應用),車聯網技術則使用C-V2X,加上中國官方明確表態支持Cat.1技術,因此近期Cat.1在中國市場相當受到矚目。

值得注意的是,有鑑於中國內需市場龐大,因此中國「習慣」在既有的國際標準基礎上再發展自有標準,目前NB-IoT中國已具備自行定義的版本標準,未來Cat.1甚至eMTC是否也將出現中國自有標準,亦可持續關注。

 

全球蜂巢式物聯網技術網路分佈。

(來源:中華電信)

 

5G、NB-IoT佔滿台灣物聯網市場版圖

台灣市場中,低速率、低功耗、支援電池供電的物聯網應用,例如電表、水表、類似共享單車的收費應用,業者使用NB-IoT技術的態勢相當明確;但針對高速、具行動性的物聯網應用,則由於有其他無線技術,如藍牙或新一代的5G技術可支援,因此目前除了中華電信宣佈同時支援NB-IoT與eMTC外,其他電信業者皆僅開通NB-IoT服務,其中,亞太電信則加上LoRa技術收集感測器資訊,以期打造完整的物聯網應用服務。

余天華指出,雖然eMTC、Cat.1與NB-IoT皆隸屬蜂巢式物聯網技術一員,且透過現有LTE基地台軟體升級即可提供服務,但電信業者仍是要花時間與人力才能提升網路涵蓋率,因此政府若未主導並推動公共建設採用何種物聯網技術,eMTC或Cat.1技術在台灣市場的發展狀況就會顯得很「不清不楚」。反觀,NB-IoT由於成本相對較Cat.1及eMTC來得低,因此對於走自由市場模式的台灣業者來說,接受度自然高上許多。

更何況,晶片商包括高通、紫光集團、聯發科技(MediaTek),以及模組業者實際上都具備NB-IoT、eMTC及Cat.1的技術,若是後兩者在物聯網市場奮起,晶片和模組、網通設備商即可立刻推出相關產品。但有鑑於eMTC、Cat.1在台灣的發展前景、市場需求尚未明朗,業者自然會思考是否該投入資源去經營非主流技術。

如果某項技術在市場上的發展很不明確,相關終端產品的開發也會因而受限,eMTC或Cat.1在台灣物聯網應用市場即呈現此種現象,這種現象從今年台灣智慧城市展也可見一斑。智慧城市展各家廠商所展出的相關應用,除了透過NB-IoT之外,強調高速、低延遲、大數據量的智慧城市物聯網應用,5G儼然成為不二選擇,eMTC或Cat.1反而在展場中不見其影。業者分析,事實上,相較中國政府對許多技術及應用大力支持的態度,以及有很大的內需市場為後援,甚至發展自有標準的做法,內需市場不大的台灣則是放眼國際市場,對於公共建設持著「開放」的心態,因此可能會造成某些技術在台灣市場發展受到侷限,eMTC或Cat.1就是如此。

目前台灣與全球各地一樣,積極發展5G技術,是否使得eMTC或Cat.1技術在台灣物聯網市場的發展更加困難重重?甚至被5G技術或其他技術所取代?余天華認為,從技術特性來看,NB-IoT技術勢必得和eMTC或Cat.1相互搭配,才能建構一個完整的物聯網應用通訊網路;eMTC及Cat.1在台灣物聯網市場遭遇的問題仍是卡在政府未能講清楚、說明白,並加以推動的原因。而eMTC和Cat.1之間是否存在競合?余天華則表示,從考量應用所需和條件取捨,選擇最佳的技術這點來看,eMTC跟Cat.1之間並不會出現競爭關係。舉例來說,某個物聯網應用裝置是以市電供電,則即便Cat.1耗電量較大,也無需擔心,但若是裝置是用電池供電,那麼就是得用eMTC了。

至於5G會不會「大一統」需求高傳輸速率、低延遲的物聯網應用市場,也就是取代eMTC及Cat.1技術?余天華強調,雖然業者們都明瞭5G技術的出現絕對不是為了手機「通話」,該技術具備的高吞吐量、傳輸距離與超低延遲特性,就是為服務車聯網和物聯網等需更大頻寬、更低延遲的應用而生,但更重要的是,5G必須和現在的LTE技術搭配使用,因此在LTE技術仍為必需存在的情況下,基於LTE衍生而出的eMTC與Cat.1,就會持續存在。

本文同步刊登於《電子工程專輯》雜誌2021年4月號

 

 

 

 

 

 

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