在IoT應(yīng)用的大架構(gòu)之下，連網(wǎng)需求有增無(wú)減，并且針對(duì)不同屬性的連網(wǎng)需求，也必須對(duì)應(yīng)不同的連網(wǎng)技術(shù)來(lái)提供最隹化的連線效率。通常來(lái)說(shuō)，新標(biāo)準(zhǔn)的制定在厘清對(duì)於新標(biāo)準(zhǔn)的需求之後，會(huì)由一群專家組成技術(shù)委員會(huì)，討論與協(xié)商初步提案。完成草案制定後，便會(huì)交給更多會(huì)員群組審查，以尋求意見(jiàn)和最終審核。

圖一 : 為了能夠有效運(yùn)用頻譜資源，NB-IoT的設(shè)計(jì)包含三種不同運(yùn)作模式：獨(dú)立、頻段內(nèi)和保護(hù)頻段。

提案的所有元素都會(huì)經(jīng)過(guò)協(xié)商，包括范圍、主要定義和內(nèi)容。現(xiàn)在有越來(lái)越多人將模擬軟體應(yīng)用於新技術(shù)的研究，以加快制定標(biāo)準(zhǔn)，并減少硬體部署成本。NB-IoT就是在這樣的氛圍之下被制定而出的連網(wǎng)技術(shù)。

NB-IoT即為窄頻物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，是專為物聯(lián)網(wǎng)而設(shè)計(jì)的新型蜂巢式窄頻技術(shù)，源自於2014年的3GPP研究專案。第一個(gè)版本在2016年6月公布，并成為全球3GPP標(biāo)準(zhǔn)第13版內(nèi)容的一部分。

此標(biāo)準(zhǔn)的主要目標(biāo)大致如下：

●改善室內(nèi)覆蓋范圍；

●增加對(duì)大量低傳輸速率裝置的支援；

●低延遲靈敏度；

●低裝置耗電量；

●超低的設(shè)備成本；

●建立於LTE無(wú)線介面和網(wǎng)路上的最隹化網(wǎng)路架構(gòu)NB-IoT規(guī)格預(yù)計(jì)將支援新式5G NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)群播和定位，以持續(xù)演進(jìn)并超越第13版。

PHY規(guī)格

3GPP TS 36.211第13版，V13.2.0（2016-06）為NB-IoT提供了實(shí)體通道和調(diào)變規(guī)范。新的裝置類別Cat-NB1可支援?dāng)?shù)十kbps的速度與200kHz通道頻寬。

在此版本之前，eMTC（加強(qiáng)型機(jī)器類型通訊）資料速率支援高達(dá)1Mbps的可變速率，類型M1（Cat-M1）具1.4MHz的頻寬。窄頻實(shí)體鏈路共用通道提供兩種??載波間隔選擇，亦即15kHz與3.75kHz。

其中3.75 kHz的額外選擇，可為較具挑戰(zhàn)性的位置提供更大的覆蓋范圍，例如在建筑物內(nèi)部深處信號(hào)強(qiáng)度受限的位置。工程設(shè)計(jì)人員也可用二進(jìn)位鍵控相移（BPSK）和正交鍵控相移（QPSK），再分別搭配π/2和π/4的相位旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行資料??載波調(diào)變。資源單位的??載波數(shù)量選擇可以是1、3、6或12，以支援單音頻與多音頻傳輸。

窄頻下行鏈路實(shí)體資源區(qū)塊具有12個(gè)??載波與15kHz間隔，可提供180kHz傳輸頻寬。只支援一種QPSK調(diào)變機(jī)制。為了簡(jiǎn)化裝置下行鏈路傳輸解碼，選擇舍棄渦輪碼（turbo codes），而改用去尾??旋編碼機(jī)制（tail biting convolutional coding scheme）。

無(wú)線電傳輸和接收

為了能夠有效運(yùn)用頻譜資源，NB-IoT的設(shè)計(jì)包含三種不同運(yùn)作模式：獨(dú)立、頻段內(nèi)和保護(hù)頻段。獨(dú)立模式主要是將GSM載波替換成NB-IoT載波，頻段內(nèi)運(yùn)作是在一般LTE載波內(nèi)利用資源區(qū)塊。而保護(hù)頻段運(yùn)作模式則采用LTE載波的保護(hù)頻段。對(duì)LTE服務(wù)供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，頻段內(nèi)選項(xiàng)可提供最有效的NB-IoT部署。

舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)镹B-IoT全整合在現(xiàn)有LTE基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)，所以如果沒(méi)有IoT訊務(wù)，便可能使用適合NB-IoT載波的實(shí)體資源區(qū)塊（PRB），而不做其他目的使用。如此即可讓基地臺(tái)調(diào)度器能在同一頻譜中對(duì)LTE和NB-IoT訊務(wù)進(jìn)行多工。

對(duì)深入叁與3GPP標(biāo)準(zhǔn)化的企業(yè)來(lái)說(shuō)，模擬不同操作情境下的NB-IoT和LTE共存是很常見(jiàn)的。例如在LTE系統(tǒng)為受干擾物，而NB-IoT為干擾源的情境下，頻段內(nèi)和保護(hù)頻段運(yùn)作模式的結(jié)果。考慮到NB-IoT下行鏈路??載波與LTE PRB正交，且兩者皆從同一基地臺(tái)進(jìn)行傳輸，因此僅針對(duì)上行鏈路的情況進(jìn)行共存評(píng)估。在這個(gè)范例中，使用了是德科技SystemVue通訊實(shí)體層模擬軟體與其LTE-A叁考資料庫(kù)來(lái)建立模擬環(huán)境。

各企業(yè)的模擬結(jié)果可能會(huì)因?yàn)榻７椒ㄓ兴煌？赡軙?huì)因發(fā)生功率泄漏、調(diào)變和過(guò)濾而產(chǎn)生差異。但上述3GPP TR 36.802 V13.0.0模擬范例的基本結(jié)論是NB-IoT可與LTE共存。從中觀察到以下幾個(gè)重點(diǎn)：

●傳輸速率下降少於5%；

●NB-IoT在第一個(gè)相鄰LTE PRB造成一些干擾，但對(duì)其他PRB的干擾則微不足道或在可接受范圍內(nèi)；

●保護(hù)頻段中的共存較頻段內(nèi)運(yùn)作模式略隹。

設(shè)計(jì)層面硬體考量

NB-IoT規(guī)格包括一系列設(shè)計(jì)目標(biāo)：覆蓋范圍更大、裝置電池壽命更長(zhǎng)，以及因資料傳輸較小且分散而使裝置成本更低。因峰值資料速率要求減少，因此得以在接收器鏈中采用簡(jiǎn)單的無(wú)線電與基頻流程。

透過(guò)NB-IoT半雙工操作，便可以一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，搭配為數(shù)較少的振蕩器來(lái)產(chǎn)生頻率，以取代常用LTE類型裝置的雙工濾波器。另外舍棄渦輪碼而采用簡(jiǎn)單的下行鏈路??旋通道編碼，也有利簡(jiǎn)化基頻解碼過(guò)程。整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中投注了許多心血，才能實(shí)現(xiàn)所需的低成本、低電源消耗設(shè)計(jì)目標(biāo)。

目前主要的架構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)象是零中頻和低中頻接收器，此類接收器將類比前端與數(shù)位基頻信號(hào)處理整合在單一晶片上。然而，每種架構(gòu)都有一些結(jié)構(gòu)性問(wèn)題必須解決。LO泄漏和自混合造成的直流偏移會(huì)使零中頻接收機(jī)的所需信號(hào)降級(jí)。而對(duì)低中頻接收機(jī)來(lái)說(shuō)，不理想的硬體則會(huì)造成I和Q信號(hào)路徑間的振幅與相位不符。因此會(huì)造成所需的信號(hào)降級(jí)及干擾信號(hào)泄漏。為了能夠更清楚的了解各種架構(gòu)的缺點(diǎn)，可透過(guò)模擬軟體，以系統(tǒng)模型來(lái)對(duì)架構(gòu)進(jìn)行審視。

結(jié)語(yǔ)

第一個(gè)NB-IoT規(guī)格在3GPP第13版中完成。其目的是提供一種低成本設(shè)備，增加覆蓋區(qū)域，并提供更長(zhǎng)的電池壽命與持續(xù)可達(dá)性。盡管NB-IoT應(yīng)用已降低對(duì)性能的要求，并采用相同的LTE基礎(chǔ)設(shè)施，但開(kāi)發(fā)這些新產(chǎn)品仍是一項(xiàng)艱難的任務(wù)，需要有精確的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

開(kāi)發(fā)低成本設(shè)備應(yīng)將所選系統(tǒng)規(guī)格的各種接收器拓樸結(jié)構(gòu)、元件整合方法和性能評(píng)估都納入考量。在矽前處理期間，工程師應(yīng)在虛擬環(huán)境中以精密的模擬工具進(jìn)行設(shè)備測(cè)試，并執(zhí)行矽後驗(yàn)證。

解決方案

是德科技E6640A EXM無(wú)線測(cè)試儀

圖二 : 是德科技E6640A EXM無(wú)線測(cè)試儀 圖片來(lái)源：keysight.com

臺(tái)灣是德科技：「我們讓工程師擁有快速、精準(zhǔn)的測(cè)試能力！」

客戶需要快速、準(zhǔn)確的硬體裝置并聯(lián)測(cè)試，以提高產(chǎn)量和良率。EXM模組化設(shè)計(jì)提供擴(kuò)充性，讓制造商能以最低成本擴(kuò)展測(cè)試系統(tǒng)，因應(yīng)下一代裝置要求并可完全支援IoT測(cè)試。EXM提供擴(kuò)充性，為高度整合裝置提供160MHz頻寬、高達(dá)6GHz的頻率范圍，并且涵蓋最廣泛的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，從蜂巢式LTE-A到11ac和MIMO無(wú)線連接標(biāo)準(zhǔn)。EXM的訊號(hào)品質(zhì)和量測(cè)準(zhǔn)確度，確保工程師能獲得更高的良率。EXM配備四核心處理器，更可大幅提高生產(chǎn)測(cè)試速率。

羅德史瓦茲CMW500寬頻通訊測(cè)試儀

圖三 : 羅德史瓦茲CMW500寬頻通訊測(cè)試儀 圖片來(lái)源：rohde-schwarz.com

臺(tái)灣羅德史瓦茲：「這是集所有功能於一身的無(wú)線通訊測(cè)試儀！」

物聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)路架構(gòu)中，通常伴隨著各種不同的無(wú)線通訊標(biāo)準(zhǔn)。R&S CMW500寬頻通訊測(cè)試儀，為全球唯一集合所有功能於一身的無(wú)線通訊測(cè)試儀，幫助企業(yè)以最少的經(jīng)費(fèi)達(dá)到最高的報(bào)酬保障。利用模組化的硬體擴(kuò)充，以及軟體更新的方式，提供極大化的擴(kuò)充彈性，滿足各種測(cè)試需求，適用於現(xiàn)今與未來(lái)的無(wú)線通訊產(chǎn)品設(shè)計(jì)。不論是從事晶片或是模組開(kāi)發(fā)、制造、封裝與測(cè)試，或是系統(tǒng)整合應(yīng)用的任一個(gè)階段，這部?jī)x器均能提供工程師所需的各種量測(cè)解決方案。

國(guó)家儀器PXIe-5668R向量訊號(hào)分析器（VSA）

圖四 : 國(guó)家儀器PXI平臺(tái) 圖片來(lái)源：ni.com

國(guó)家儀器：「PXI平臺(tái)提供最隹的量測(cè)速度與效能！」

國(guó)家儀器PXIe-5668R向量訊號(hào)分析器（VSA）提供765MHz的頻寬，以及同級(jí)最隹的量測(cè)效能與速度。這款高效能微波訊號(hào)分析器可滿足某些嚴(yán)苛的應(yīng)用需求，例如無(wú)線通訊、射頻積體電路（RFIC）特性測(cè)試、雷達(dá)測(cè)試、頻譜監(jiān)控與訊號(hào)情報(bào)等。PXIe-5668R結(jié)合了RF量測(cè)效能、量測(cè)速度和靈活彈性。這款儀器的動(dòng)態(tài)范圍與頻寬均領(lǐng)先業(yè)界，并可針對(duì)研發(fā)應(yīng)用嚴(yán)苛的量測(cè)需求提供理想的解決方案。PXIe-5668R屬於PXI儀器的一種，優(yōu)異的量測(cè)速度可滿足大量制造測(cè)試的需求。這款VSA還包含可透過(guò)LabVIEW設(shè)計(jì)程式的Xilinx Kintex-7 FPGA，只要新增觸發(fā)或訊號(hào)處理常式，就能客制化儀器行為，并提供許多豐富功能。

安立知ShockLine高性能4埠向量網(wǎng)路分析儀

圖五 : 安立知ShockLine高性能4埠向量網(wǎng)路分析儀 圖片來(lái)源：anritsu.com

安立知：「我們可有效降低測(cè)試成本并加快上市速度！」

ShockLine MS46524B 4埠向量網(wǎng)路分析儀系列，具備高價(jià)值與高性能，可提供同類產(chǎn)品中最隹的動(dòng)態(tài)范圍，降低在多種測(cè)試應(yīng)用 (最高92GHz) 中的測(cè)試成本并可加快上市速度。這些測(cè)試應(yīng)用包括設(shè)計(jì)和制造多埠行動(dòng)網(wǎng)路裝置、行動(dòng)裝置、汽車電纜、高速資料互連與系統(tǒng)整合元件。MS46524B配置選項(xiàng)10、選項(xiàng)20及選項(xiàng)40，可具備射頻微波頻率功能；這些頻率選項(xiàng)搭配強(qiáng)大的ShockLine軟體，為被動(dòng)元件量測(cè)提供最具成本效益的解決方案。