📘 《AI 時代系列（6）：進階通訊工程——邁向2035年太空星鏈網路時代》
📘 第 8周: 📱 從小晶片到手機：嵌入式、Android 與 IoT × AI
IoT × MCU × Android × TinyML 完整實戰
75／150單元： BLE/NB-IoT 🔋 含 🛰️ NB-IoT NTN
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🎯 單元導讀
IoT（物聯網）要真正落地，必須同時解決三件事：
1. 低功耗（裝置要撐 5–10 年）
2. 長距離 / 大覆蓋（城市、鄉下、跨國）
3. 低成本（模組便宜、月費低）
這三個需求讓兩種技術成為 IoT 的雙主角：
⭐ BLE（Bluetooth Low Energy）
⭐ NB-IoT（Narrowband IoT）
而 6G 時代又加上一個新方向：
⭐ NB-IoT NTN（Non-Terrestrial Network）
→ 讓 NB-IoT 直接透過衛星（LEO）連線
→ 真正做到「全球覆蓋」。
本章幫你掌握 BLE / NB-IoT 兩種技術的：
• 架構
• 特性
• 延遲
• 能源消耗
• 實務應用
• 與 NTN（衛星）的結合
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🧠 一、BLE：近距離、超低功耗王者
BLE（Bluetooth Low Energy）設計目的很單純：
⭐「超級省電、近距離、小資料量」
BLE 特色：
功耗 低到可以用鈕扣電池跑 1–2 年
範圍 5–50 公尺（視環境）
資料量 小封包、低頻率
速度 125 kbps～2 Mbps（依 PHY）
拓撲 Advertise / Scan / GATT
特色 可與手機直接連線（實務優勢巨大）
BLE 最大優勢：
⭐ 不需要 eSIM
⭐ 不需要電信費
⭐ 每支手機就是 gateway
所以 BLE 非常適合：
• 心率帶、手錶
• 智慧鎖、智慧燈
• 工廠近距離傳感器
• 寵物 / 物品追蹤
• 室內定位（BLE Beacon）
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🧠 二、NB-IoT：遠距離、超大覆蓋、超低頻寬
NB-IoT 是 3GPP 定義的 LPWAN（Low Power Wide Area Network）技術。
核心目標：
⭐「讓一個裝置 10 年不用換電池，訊號可以從地下室打到核心網。」
📡 NB-IoT 核心特
• 頻寬
o 僅使用 180 kHz 超窄頻
o 可部署於 LTE Guard Band、In-Band 或 Standalone
• 功耗
o 搭配 eDRX（Extended DRX）+ PSM（Power Saving Mode）
o 電池壽命可達 5–10 年
o 非常適合「一次安裝、長期不換電池」的感測裝置
• 覆蓋能力
o 具備 超高 MCL（Maximum Coupling Loss）
o 訊號可深入 地下室、管道、建物內部
o 覆蓋能力優於 LTE、Cat-M1
• 吞吐量
o 上行約 20–60 kbps
o 下行速率更低，設計重點以上行回報為主
• 延遲
o 約 1.5–10 秒
o 依傳輸週期、PSM/eDRX 設定而異
o 不適合即時控制或低延遲應用
• 網路拓撲
o 裝置直接連線 宏蜂巢式基地台
o 不需 Gateway，中控直接進入核心網
• QoS / 應用定位
o 最適合 非即時、低頻率感測資料
o 例如：水表、電表、瓦斯表、環境監測、停車感測
NB-IoT 強項：
✔ 超大覆蓋（Massive IoT）
✔ 模組便宜
✔ 上傳的小資料量最適合
典型應用：
• 水錶 / 電錶 / 瓦斯
• 農業土壤感測
• 工地設備追蹤
• 智慧停車
• 環境感測
• 都市級感測網
一句話：
⭐「NB-IoT 是電信版的 BLE，但打超遠。」
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🧠 三、BLE vs NB-IoT（工程對照表）
• 覆蓋範圍
o BLE：以室內、近距離為主
o NB-IoT：城市級、跨區域、大範圍覆蓋
• 功耗
o BLE：極低功耗，適合鈕扣電池
o NB-IoT：超低功耗（PSM / eDRX），適合多年不換電池
• 延遲
o BLE：低延遲（<10 ms ～ 數百 ms），可即時互動
o NB-IoT：高延遲（約 1–10 秒），不適合即時控制
• 費用結構
o BLE：無月租、無電信費用
o NB-IoT：需電信月租（SIM / eSIM）
• 資料量
o BLE：小資料量、事件型傳輸
o NB-IoT：超小資料量、低頻率回傳
• Gateway 需求
o BLE：手機即可作為 Gateway（部署彈性極高）
o NB-IoT：需電信基地台與核心網
• 應用場景
o BLE：穿戴裝置、近距離感測、即時互動
o NB-IoT：智慧水電表、環境監測、大規模部署
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🧠 四、NB-IoT × NTN 🛰：全球 IoT 的未來
NB-IoT 新方向：
✨ 6G / Release 17 → NB-IoT NTN（Satellite NB-IoT）
這表示：
⭐ NB-IoT 可以直接連衛星（LEO）。
⭐ 不需要地面基地台也能傳送資料。
⭐ 真正的「全球覆蓋」誕生。
NB-IoT NTN 優勢：
• 全球農業
• 海洋感測（漁船、水質）
• 沙漠油管
• 交通與物流（跨國貨櫃）
• 偏鄉災難通訊
技術重點：
① 衛星 Doppler 偏移補償
② 高延遲 100–250 ms
③ NB-IoT 必須做 Timing advance 調整
④ LEO 覆蓋時間（visibility window）有限
⑤ EPC / 5GC 對 NTN 的整合
一句話：
⭐ NB-IoT NTN = 海 + 空 + 陸 的真正全球 IoT 網路。
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🧠 五、BLE × NB-IoT × Gateway：混合式 IoT 架構
許多產品會同時用兩者：
BLE Sensor → IoT Gateway(Embedded Linux) → NB-IoT → Cloud
原因：
• BLE 裝置超省電
• NB-IoT 給 Gateway 上傳資料
• Gateway 可跑 Edge AI
這是智慧城市、工廠、農業最常見架構。
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🧠 六、工程 ASCII 圖：NB-IoT NTN（LEO）
🛰 LEO Satellite
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(NB-IoT NTN Link)
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地面農業傳感器 偏鄉水位計
(10年電池) (10年電池)
這個示意圖描述的是一種 「NB-IoT NTN（Non-Terrestrial Network）」的低功耗長距離感測架構：地面上的農業感測器與偏鄉水位計皆內建 NB-IoT 模組，平時處於 PSM 省電狀態，僅在排程或事件觸發時短暫喚醒，透過 LEO 低軌衛星 直接建立 NB-IoT NTN Link 將少量感測資料上傳至核心網路。由於衛星提供大範圍覆蓋，此架構可在 無地面基地台、偏遠山區或離島 穩定運作，同時兼顧 超深覆蓋、超低功耗與 10 年級電池壽命，非常適合農業監測、水位預警與災害感測等非即時、大規模部署場景。
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🧠 七、模擬題
1️⃣ 專業題：NB-IoT 為何能做到 10 年電池？
📦 答案：
因為 PSM / eDRX 讓模組在大部分時間完全睡眠，只在少數時刻醒來傳輸窄頻資料。
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2️⃣ 應用題：NB-IoT NTN 最大的挑戰是什麼？
A. 頻寬太高
B. 衛星延遲太大 ✔
C. BLE 干擾
D. 5G 規格太舊
解析：
NB-IoT NTN 受限於 LEO 衛星往返距離與排程通訊機制，端到端延遲可達秒級，是其最大的系統挑戰。
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3️⃣ 情境題：一個工廠大量近距離感測器，最佳通訊方式？
A. 只用 NB-IoT
B. 只用 BLE
C. BLE 感測 + NB-IoT Gateway ✔
D. GEO 衛星
解析：
近距離感測用 BLE 降低功耗與成本，再由 Gateway 彙整資料透過 NB-IoT 長距離回傳，同時兼顧效率與擴展性。
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🛠 八、實務演練題（工程級）
1. 用 nRF52 做 BLE Beacon，測 RSSI
2. 在 NB-IoT 模組（Quectel）上做 PSM / eDRX 設定
3. 實作 BLE → Gateway → NB-IoT Cloud 流程
4. 模擬 LEO 衛星 visibility window（10 分鐘可見）
5. 計算 NB-IoT 在衛星 Doppler（+/- 40kHz）下的補償
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⭐ 九、小結：BLE × NB-IoT × NTN 是 2035 全球 IoT 網路的主軸
✔ BLE：近距離、極省電、手機可直接連
✔ NB-IoT：城市、農業、地下管線的大覆蓋感測網
✔ NB-IoT NTN：能跨海跨國的真正全球物聯網
✔ BLE + NB-IoT + Gateway = 最完整的工業級架構
✔ 6G 將 BLE/NB-IoT 與 NTN 融合成 One IoT Network
一句話：
⭐ BLE 是「你附近的 IoT」，
⭐ NB-IoT 是「整個城市的 IoT」，
⭐ NB-IoT NTN 是「整個地球的 IoT」。
