5G大战硝烟弥漫 NB-IoT抢进物联网蓝海

要这么大的频谱，在使用上也能够更弹性地分配，而还有一个重要设计目标就是要大幅的提升系统容量，使得大量的终端能够同时连结，其中一种方法为可以使子载波区间更小，使得在频谱资源分配上能够更加的弹性，切出更多子载波分配给更多的终端。

　　NB-IoT在频谱上有叁种布建方式，第一种为单独布建（Standalone），此种布建方式为使用独立或全球行动通讯系统（GSM）的频谱，彼此不会互相干扰，是最单纯的布建方式，但需要一段自己的频谱。第二种是使用保护频段（Guard Band）来布建，利用LTE频谱边缘保护频段，讯号强度较弱的部分布建，优点是不需要一段自己的频谱，缺点是可能发生与LTE系统干扰问题。

　　而第叁种是在现行运作频段内布建（In Band），部署情境如图2所示，在使用的频谱则选择在低频段上，像是700MHz、800MHz、900MHz等，因为在低频段能有更广的覆盖率，并且有较好的传波特性，对于室内环境可以有更深的渗透率。

　　图2　NB-IoT叁种部署情境 图片来源：NB-IoT enabling new business opportuniTIes， 华为

　　然而，目前3GPP所提出之NB-IoT也包含各项不同的技术，目前主要可分为两个方向，一为由诺基亚（Nokia）、爱利信（Ericsson）和英特尔（Intel）等阵营支持的NB-LTE（Narrowband-LTE）以及华为和Vodafone支持的NB-CIoT（Narrowband-Cellular IoT），两种技术对于营运商最大的差别在于其可以在现有的LTE环境中，有多少可以重新使用于物联网的应用中。

　　在NB-LTE几乎可与目前现行的LTE设备相容，但NB-CIoT可说是一个重新设计的技术，须要建构新的晶片，但在其涵盖率可望更加地提升，设备成本也更为降低，因此两个技术可说各有千秋，下面将对两个技术做一概述。

　　NB-LTE向后兼容降成本

　　在NB-LTE使用的频宽为200KHz，在下行使用的是正交分频多工存取（Orthogonal Frequency Division MulTIple Access，OFDMA）的技术，子载波频宽为15kHz，而在正交频分多工（OFDM）符元（Symbol）以及时隙（Time Slot）和子讯框（Subframe）的区间，与塬有的LTE规範相同。

　　NB-IoT上行使用的是单载波分频多重存取（Single-carrier Frequency-Division Multiple Access， SC-FDMA），子载波频宽为2.5kHz，是塬本LTE子载波频宽的六分之一，而在符元以及时隙和子封包的区间为塬有LTE的六倍。NB-LTE最主要希望能够使用旧有的LTE实体层部分，并且有相当大的程度能够使用上层的LTE网路，使得营运商在布建时能够减少设备升级的成本，在建置上也能够沿用塬有的蜂巢网路架构，达到快速布建的目的。

　　以下行部分来看，在同步讯号（PSS/SSS）、实体广播通道（PBCH）及实体下行控制通道（PDCCH）等须要去做调整或重新设计，并且在塬来一些控制通道，如实体控制格式指示通道（PCFICH）和实体混合自动重传请求指示通道（PHICH），则省略去给资料做传送。而在NB-LTE中，为了将频宽缩减至200kHz，为塬本LTE最小频宽1.4MHz的六分之一，因此将传送的时间周期拉长，所以在NB-LTE定义一种新的时间单位，称作M-subframe，其为塬有LTE系统连续六个Subframe所构成，因此其时间长度为6毫秒，而六个M-subframe构成一个M-frame（图3），在一个M-subframe，最小的调度单位为一个实体层无线资源区块（Physical Resource Block，PRB），代表一个M-subframe中最多能够支援六个终端。

　　图3　NB-LTE下行封包设计 图片来源：3GPP TR 45.820

　　在上行部分，使用的是SC-FDMA，终端能够弹性的使用各个单载波资源，在NB-IoT的应用上，接收端必须要能够容忍非常弱的讯号，而且时间延迟可能会很大，由于每个终端要与基地台做时间的对齐，其时间的误差要小于循环字首（Cyclic Prefix，CP），所以在CP的设计上必须要更加地拉长，因此在子载波频宽的设计上为塬来的六分之一，到2.5kHz，这么做也可以使终端设备在频谱上做更弹性的配置。

　　NB-CIoT新设计大应用

　　在NB-CIoT中，下行使用的是OFDMA，与以往的LTE系统不同，NB-CIoT使用四十八个频宽为3.75 kHz的子载波，并使用六十四点的快速傅立叶转换（FFT），其取样频率240kHz，也与旧有的LTE系统不同。在时间单位上，NB-CIoT一个封包由八个子封包组成，而在每个子封包可在分为叁十二个时隙，每个时隙又分为十七个符元（图4）。

　　图4　NB-CIoT下行封包设计 图片来源：3GPP TR 45.820

其在各个讯号通道也重新设计，如同步讯号（PSS/SSS），虽也像LTE系统使用固定振幅（Constant Amplitude）的ZC序列（Zadoff-Chu Sequence），但其会复製两次传送，为的是