5G 物聯網革命：RedCap、NTN 與全球連接的未來

超越傳輸速率：以 5G 重新定義連接

第五代行動通訊技術（5G）的設計初衷遠不止於提升網路速度，它代表了一種根本性的範式轉移，重點在創建一個更可靠、反應更靈敏、可擴展性更強的網路，以支援各種全新的應用場景，5G 的核心建立在三大支柱之上：增強型行動寬頻（enhanced Mobile Broadband, eMBB）、超可靠低延遲通訊（Ultra-Reliable Low-Latency Communications, URLLC）以及巨量機器類型通訊（massive Machine-Type Communications, mMTC）；eMBB 專注於提供極高的數據傳輸速率，滿足高畫質影音串流和虛擬實境等數據密集型應用的需求；URLLC 則致力於將延遲降至毫秒等級，並提供極高的可靠性，這對於自動駕駛或遠端手術等關鍵任務至關重要。

然而，對於物聯網（IoT）的未來而言，mMTC 才是最具變革性的支柱，它從根本上改變了網路設計的思維模式，從以人為中心的通訊轉向以機器為中心的通訊，為一個由數十億個互聯設備組成的世界奠定基礎。

5G 的核心建立在三大支柱之上：增強型行動寬頻（enhanced Mobile Broadband, eMBB）、超可靠低延遲通訊（Ultra-Reliable Low-Latency Communications, URLLC）以及巨量機器類型通訊（massive Machine-Type Communications, mMTC）

深入解析 mMTC (巨量機器類型通訊)

mMTC 的核心目標是為大規模物聯網部署提供連接基礎，其設計理念並非追求單一設備的極致性能，而是優化整個系統的效率和可擴展性，其核心目標為解決大規模物聯網部署的獨特挑戰：

• 支援海量設備連接：
  mMTC 的首要目標是支援極高的設備連接密度，理論上每平方公里可達一百萬個設備，這對於智慧城市中的感測器網路、工業自動化中的機器人集群以及大規模環境監測等場景至關重要。
• 超低功耗：
  許多物聯網設備被部署在難以觸及或更換電池的地方，因此延長電池壽命是關鍵，mMTC 的設計目的在實現超低功耗，使設備能夠依靠單一電池運行數年之久，從而大幅降低維護成本。
• 成本效益：
  為了實現大規模部署，物聯網設備的成本必須足夠低，mMTC 透過簡化設備複雜性和優化網路協定，為大規模物聯網應用提供了經濟上可行的解決方案。
• 優化小封包數據傳輸：
  與人類通訊中常見的大數據流不同，物聯網設備通常只傳輸少量數據，例如：感測器讀數或狀態更新，mMTC 專為高效處理這種非人類類型的、以上行鏈路為主的短封包數據而設計。

賦能架構 - 網路切片與邊緣運算

為了實現上述目標，5G 引入了革命性的網路架構，其中網路切片（Network Slicing）和多接取邊緣運算（Multi-access Edge Computing, MEC）是 mMTC 的關鍵賦能技術，5G 的雲端原生、服務化架構（Service-Based Architecture, SBA）為這些技術的實現提供了靈活的基礎。

• 網路切片：
  此技術讓電信業者在同一個實體網路基礎設施上，創建多個虛擬化、相互獨立的邏輯網路，這表示可以為 mMTC 流量專門劃分一個網路切片，該切片針對低頻寬、高連接密度和低功耗進行了優化，而不會影響需要高頻寬的 eMBB 服務或需要超低延遲的 URLLC 服務，這種資源隔離和客製化的能力，不僅提升了網路效率，也顯著節省了基礎設施投資和營運成本。
• 多接取邊緣運算 (MEC)：
  MEC 將運算和數據儲存資源從中心雲端推向網路的邊緣，使其更靠近物聯網設備，對於 mMTC 應用而言，這代表由海量感測器產生的大量數據可以在本地進行即時處理和分析，而無需將所有數據都回傳到遙遠的數據中心，這極大地降低了網路回傳的負擔和數據傳輸的延遲，對於需要即時反應的應用（如智慧工廠的製程控制或智慧城市的交通管理）至關重要。

此圖為 5G 網路切片架構，其核心是透過「網路切片控制器」作為大腦，自動化調度底層實體的「基礎設施層」資源，並在「網路功能層」建立虛擬化功能；此舉能為上層「服務層」的多元應用（如大規模物聯網、低延遲通訊等）提供各自專屬的、端到端隔離的邏輯網路通道，透過這種方式，單一的實體網路便能以極高效率，彈性地同時滿足多樣化的市場需求。 (圖片來源：Wikipedia, By Xenofon Foukas, Georgios Patounas, Ahmed Elmokashfi, and Mahesh K. Marina)

這種架構上的革新，不僅是技術的演進，更是商業模式的重塑，它使得電信業者能夠超越傳統的「管道提供者」角色，轉變為能夠為各垂直產業提供客製化、有服務品質保證（QoS）的「連接即服務」（Connectivity-as-a-Service）的數位服務賦能者；例如，電信業者可以向製造業客戶銷售一個「智慧工廠切片」，該切片在邏輯上整合了用於感測器連接的 mMTC 特性、用於機器人控制的 URLLC 特性，以及用於即時數據分析的 MEC 功能，而所有這些都運行在共享的公共網路基礎設施之上，這為電信業者開闢了一條清晰的道路，以滿足企業物聯網市場多樣化且具體的商業變現 (Monetize) 需求，這在 4G 的單體式架構下是難以實現的。

識別連接性差距

儘管 mMTC 為大規模、低功耗的物聯網應用提供了堅實的基礎，但隨著 5G 的發展，一個明顯的市場差距逐漸浮現，這個差距存在於兩個極端之間：一端是功耗極低、傳輸速率也極低的低功耗廣域網路（LPWAN）技術，如窄頻物聯網（NB-IoT）和 LTE-M（這兩者在 5G 時代被歸類為 mMTC 技術家族的一部分）；另一端則是性能強大、但成本和功耗也相對較高的 eMBB 和 URLLC 技術。

許多新興的物聯網應用場景，其需求恰好落在了這個「中間地帶」，例如，工業用的高階感測器、智慧城市的視訊監控攝影機、以及高階的消費性穿戴裝置（如智慧手錶或 AR 眼鏡），它們需要的性能高於 NB-IoT 或 LTE-M 所能提供的水平，但又不需要 eMBB 等級的千兆級傳輸速率和相應的高昂成本與功耗，這些「中階」應用需要一種「恰到好處」的連接方案：它必須比 LPWAN 技術提供更低的延遲和更高的傳輸速率，同時又要比 eMBB 設備更具成本效益和功耗效率。

這個被識別出的連接性差距，成為了推動 3GPP 標準組織開發一種全新 5G 技術類別的根本動機，這個新技術就是 5G NR-Light，其官方名稱為「降低能力」（RedCap, Reduced Capability, RedCap），RedCap 的誕生，重點在精準地填補這一市場空白，為中階物聯網應用提供一個優化的、具備 5G 核心優勢的解決方案。

NR-Light (RedCap) - 為物聯網建構「恰到好處」的 5G

技術架構與 3GPP 標準化

NR-Light，即 RedCap，是 3GPP 為了解決前述的連接性差距而精心設計的技術，它並非一項全新的發明，而是對現有 5G NR 標準的精簡與優化，重點在實現性能、成本與功耗之間的最佳平衡。

戰略定位

RedCap 在 3GPP Release 17 中被正式引入，其戰略定位非常明確：作為連接高性能 5G（eMBB/URLLC）與低功耗物聯網（LTE-M/NB-IoT）之間的橋樑，目的在提供一個「中階」的連接方案，讓物聯網設備能夠以更低的成本和功耗預算，享受到 5G 的關鍵優勢，如低延遲、高可靠性和網路切片等，RedCap 的出現，使得 5G 能夠覆蓋從最低階到最高階的全部物聯網應用場景，形成一個完整的技術光譜。

Release 17 - RedCap 的基礎

3GPP Release 17 為 RedCap 奠定了技術基礎，透過對多個關鍵技術指標的精簡，實現了其「降低能力」的目標，這些精簡是 RedCap 降低成本和功耗的核心。

• 頻寬縮減：
  這是最主要的簡化措施之一，RedCap 設備在頻率範圍 1（FR1，即 sub-7 GHz）的最大支援頻寬被限制為 20 MHz，在頻率範圍 2（FR2，即毫米波）則為 100 MHz；這與基線 NR 設備必須支援的 100 MHz (FR1) 和 200 MHz (FR2) 相比，是顯著的降低；更窄的頻寬表示具備更簡單的射頻前端（RF Front-End）和基頻處理單元，從而降低了設備的複雜度、成本和功耗。
• 簡化的天線配置：
  Rel-17 RedCap 設備的最低要求是僅需一個接收（Rx）天線分支，並支援 1T1R（一發一收）或可選的 1T2R（一發二收）配置；相較之下，許多傳統 NR 頻段要求設備至少具備 2Rx 或 4Rx 的能力，天線數量的減少，不僅縮小了設備尺寸，也直接降低了硬體成本和電力消耗。
• 調變與雙工方式：
  RedCap 最高支援 64QAM 調變（256QAM 為可選），這比 eMBB 中更高階的調變方案有所簡化；此外，Rel-17 還引入了對半雙工 FDD（Half-Duplex FDD）可選擇性的支援，在傳統的全雙工 FDD 模式下，設備需要同時發送和接收訊號，這需要一個昂貴且佔空間的雙工器（duplexer）來隔離收發路徑；而半雙工模式允許設備在不同時間進行發送和接收，從而可以省去雙工器，進一步簡化了射頻設計並降低了成本。
• 性能目標：
  透過上述的技術精簡，Rel-17 RedCap 的目標峰值數據傳輸速率約為下行 150 Mbps 和上行 50 Mbps，部分實現甚至可以達到下行超過 220 Mbps 的速率，這個性能等級被認為足以取代目前由 LTE Cat-4 技術所服務的應用場景，例如中等解析度的視訊監控或工業數據採集。

Release 18 - 演進至 eRedCap (增強型 RedCap)

隨著 3GPP Release 18 的標準化，RedCap 技術進一步演進，催生了 eRedCap（enhanced RedCap），重點在覆蓋成本更敏感、性能要求更低的市場區隔。

• eRedCap 的定義：
  eRedCap 是對 RedCap 的進一步簡化。它引入了更低的頻寬選項（在 FR1 中可低至 5 MHz），並將峰值數據傳輸速率限制在約 10 Mbps 的水平。
• 戰略目標：
  eRedCap 的戰略目標非常清晰，即成為低階 LTE 技術類別（如 LTE Cat-1 和 Cat-1bis）的 5G 原生替代方案，這一步棋使得 5G 能夠為所有主流的 LTE 物聯網類別提供一個清晰的升級路徑，從而完成了從 4G 到 5G 的完整遷移藍圖。
• 其他 Rel-18 增強功能：
  除了引入 eRedCap，Release 18 還專注於提升 RedCap 的其他能力，其中包括增強定位精度，使其更適用於資產追蹤等應用；以及進一步優化功耗，這對於電池供電的穿戴設備和感測器尤為重要。

先進的省電功能

RedCap 不僅透過硬體簡化來降低功耗，還繼承並增強了 5G 的一系列先進省電機制，確保設備在待機和工作狀態下都能高效用電。

• 擴展非連續接收 (eDRX)：
  此功能允許設備在無數據傳輸時進入更長時間的深度睡眠週期，網路和設備可以協商一個較長的睡眠時間（從幾秒到數小時不等），設備僅在預定的時間點醒來監聽尋呼訊號，這對於延遲容忍度較高的應用（如定時上報數據的感測器）能極大地節省電力。
• 無線資源管理 (RRM) 測量鬆弛：
  在 RRC（無線資源控制）的空閒或非活動狀態下，對於處於靜止或網路訊號良好狀態的 RedCap 設備，網路可以允許其放寬對鄰近小區的測量頻率，減少不必要的鄰區訊號掃描和測量，可以顯著降低處理器和射頻電路的功耗。
• 小封包數據傳輸 (SDT)：
  這是 Release 18 中引入的一項重要功能，對於需要頻繁傳輸少量數據的設備（如智慧手錶的心率上報），傳統的連接建立過程會帶來大量的訊令開銷，SDT 允許設備在 RRC 非活動狀態下快速傳輸小數據包，無需完成完整的 RRC 連接建立過程，從而顯著減少了訊令開銷和功耗，並延長了電池壽命。

比較分析：RedCap vs. 傳統蜂巢式物聯網

為了準確理解 RedCap 的價值，必須將其置於現有的蜂巢式物聯網技術光譜中進行比較；RedCap 的出現並非要取代所有舊技術，而是要填補一個特定的性能和成本區間，從而建立一個從低到高、無縫銜接的蜂巢式物聯網技術層級。

物聯網連接光譜

下表對幾種關鍵的蜂巢式物聯網技術進行了量化比較，綜合了多個來源的數據，重點在提供一個參考基準，這個表格清晰地展示了 NB-IoT、LTE-M、RedCap (Rel-17) 和 eRedCap (Rel-18) 在關鍵性能指標上的差異，從而揭示了它們各自的市場定位。

從表中可以清晰地看出，RedCap 家族的技術（RedCap 和 eRedCap）在性能上遠超 NB-IoT 和 LTE-M，但在成本和功耗上又遠優於 eMBB。這正是其「恰到好處」的價值所在。

從 4G 到 5G 的遷移路徑

RedCap 的推出不僅僅是為了創造一個新的技術類別，其背後更深層的戰略意圖是為了加速整個產業從 4G 向 5G 的演進；3GPP 透過從 Rel-17 RedCap 到 Rel-18 eRedCap 的兩步走策略，精心構建了一條通往統一 5G 網路的「黃金橋樑」。

首先，4G 時代的物聯網市場是碎片化的，存在多種技術類別（如 NB-IoT、LTE-M、Cat-1、Cat-4 等）以滿足不同應用的需求，這種碎片化增加了網路管理的複雜性；接著，Rel-17 RedCap 的出現，直接瞄準了取代 LTE Cat-4 的市場，LTE Cat-4 因其較高的傳輸速率，在視訊監控等中高階物聯網應用中非常流行；隨後，Rel-18 eRedCap 的推出，則進一步瞄準了取代 LTE Cat-1/1bis 的市場，後者主要服務於成本更敏感的中低階應用；與此同時，最低階的 NB-IoT 和 LTE-M 早已被定義為 5G mMTC 規範的一部分，使其能夠在 5G SA 核心網下運作。

這一系列舉措的因果鏈條非常清晰：透過為每一個主流的 4G 物聯網類別都創建一個性能更優、面向未來的 5G 原生替代方案，產業正在系統性地消除企業繼續投資於純 4G 物聯網解決方案的理由，這對行動網路營運商（MNO）產生了深遠的影響，它極大地增強了營運商將其寶貴的 4G 頻譜資源重新分配（refarm）給 5G 使用的商業案例的說服力；頻譜重耕可以顯著提升整體網路容量和頻譜效率，是 5G 演進的關鍵一步，對於企業而言，這發出了一個明確的訊號：為了確保新物聯網設計的未來適用性，採用 RedCap 技術家族是必然的選擇，因為對純 4G 物聯網的長期支援和創新將會逐漸減弱，這形成了一個強大的、自我強化的循環，推動整個產業走向一個單一、統一的 5G SA 基礎設施。

技術演進彙總表

為了清晰地展示這些技術的前後關係與演進路徑，下表進行了完整梳理：

非地面網路 (NTN) - 消除連接的邊界

當 RedCap 致力於優化地面物聯網連接的成本效益時，非地面網路（Non-Terrestrial Networks, NTN）則目標徹底消除地理上的連接邊界，NTN 的目標是將 5G 服務從地面延伸至天空、海洋乃至全球任何一個角落，實現真正的無所不在的連接。

衛星整合 5G 的架構原則

5G 無所不在的願景

傳統的地面蜂巢式網路受限於基地台的物理覆蓋範圍，在廣闊的海洋、偏遠的內陸地區、沙漠或空中航線等區域，往往存在大量的訊號盲區，NTN 的願景正是要解決這個根本性問題，它利用位於地球表面之上的平台，如衛星和高空氣球，將 5G 網路的覆蓋範圍擴展到全球，這不僅僅是覆蓋範圍的延伸，更是一次從二維地面網路向三維整合網路的範式轉移，徹底改變了我們對「連接」的定義。

NTN 平台

NTN 的實現依賴於多種類型的空中和太空平台，每種平台都有其獨特的特性和適用場景。

• 衛星 (LEO, MEO, GEO)：
  衛星是 NTN 的核心組成部分，根據其運行軌道高度的不同，主要分為三類，下表清晰地展示了它們之間的關鍵差異。

• 地球靜止軌道 (Geostationary Orbit, GEO)：
  位於赤道上空約 35,786 公里處，其軌道週期與地球自轉同步，因此從地面看來是靜止的，單顆 GEO 衛星就能覆蓋地球約三分之一的面積，提供非常穩定和廣泛的覆蓋，非常適合廣播服務或對延遲不敏感的物聯網數據採集（IoT-NTN），然而，其最大的缺點是巨大的傳輸距離導致了非常高的延遲（RTT）。
• 中地球軌道 (Medium Earth Orbit, MEO)：
  運行在 LEO 和 GEO 之間，高度約為 8,000 至 20,000 公里，MEO 衛星在覆蓋範圍和延遲之間提供了一種平衡，適用於寬頻接入和導航等服務。
• 低地球軌道 (Low Earth Orbit, LEO)：
  運行在 2,000 公里以下的高度，是目前 NTN 發展的焦點，LEO 衛星的優勢在於其極低的傳播延遲，使其能夠支援更具互動性的服務，例如：直接連接智慧型手機（NR-NTN）的語音和數據服務，但其缺點是單顆衛星覆蓋範圍小，需要部署由數百甚至數千顆衛星組成的大型星座才能實現全球連續覆蓋，並且由於其高速移動，會產生顯著的都卜勒效應。

• 高空平台 (High-Altitude Platforms, HAPS)：
  這類平台包括在平流層（約 20-50 公里高）運行的無人機（UAV）和高空氣球，HAPS 的優勢在於其高度遠低於衛星，因此傳輸延遲非常低，幾乎與地面網路相當，它們可以根據需求進行靈活部署，例如：在自然災害導致地面基礎設施癱瘓時，快速提供區域性的應急通訊覆蓋，但其覆蓋範圍相對較小，且受天氣影響較大。

3GPP NTN 架構

為了將上述平台無縫整合到 5G 網路中，3GPP 標準化了兩種主要的 NTN 系統架構。

• 透明酬載 ("Bent-Pipe") 架構：
  這是目前較為普遍的架構，在該模型中，衛星或 HAPS 僅扮演一個太空中的「訊號中繼器」或「彎管」角色，它接收來自使用者設備（UE）的 5G 訊號，進行必要的射頻濾波、頻率轉換和功率放大，然後將訊號原封不動地轉發到地面的 NTN 閘道（NTN Gateway），真正的 5G 基地台（gNB）功能完全部署在地面閘道站，這種架構的優點是衛星本身的設計相對簡單，成本較低，易於實現。
• 再生酬載 (Regenerative Payload) 架構：
  這是一種更先進、更複雜的架構，在該模型中，部分甚至全部的 gNB 功能（如訊號的解調/調變、編碼/解碼、資源排程等）被直接整合到衛星上，衛星不再是簡單的轉發器，而是一個具備 5G 處理能力的「太空基地台」，這種架構的最大優勢是顯著降低了端到端的延遲，因為訊號處理在衛星上完成，減少了一次往返地面的傳輸（ground-hop）；此外，它還能支援衛星間鏈路（Inter-Satellite Links, ISL），允許數據直接在衛星星座之間路由，進一步優化全球數據傳輸路徑；然而，這也對衛星的處理能力、功耗和成本提出了更高的要求，再生酬載架構是未來 3GPP 版本（如 Rel-19）的重點研究項目。

克服太空通訊的挑戰

將 5G NR 這樣一個為地面通訊設計的複雜系統應用於太空環境，必須克服一系列獨特的物理挑戰，其中，巨大的傳播延遲和顯著的都卜勒頻移是兩個最核心的問題。

物理難題：延遲與都卜勒

• 巨大的傳播延遲：
  訊號在使用者設備與數百甚至數萬公里外的衛星之間往返，會產生遠超地面網路的傳播延遲，這種長延遲不僅影響使用者體驗，更會破壞 5G 協定中嚴格的時序關係，例如 HARQ（混合自動重傳請求）的反饋迴路；此外，它還導致了巨大的時間提前量（Timing Advance, TA）需求，傳統的 TA 機制無法應對如此大的範圍。
• 巨大的都卜勒頻移：
  由於衛星（特別是 LEO 衛星）相對於地面使用者的高速移動，無線電訊號會產生顯著的頻率偏移，即都卜勒效應；如果不及時補償，這種頻移會導致接收端無法正確同步和解調訊號，造成通訊失敗。

3GPP 在實體層 (PHY) 的解決方案

為了應對這些挑戰，3GPP 在 Rel-17 及後續版本中引入了一系列針對 NTN 的實體層增強功能，這些修改的核心思想是「適應」而非「重新發明」，即在盡量不改變 NR 核心框架的前提下，引入補償機制。

• 時序關係增強 - Koffset 機制：
  這是解決長延遲問題最關鍵的創新，根據 3GPP 工作組的文件，Koffset 是一個由網路廣播的、可配置的公共時間偏移量，這個偏移量會被使用者設備應用於多個關鍵的時序關係中，例如從接收到下行鏈路調度指令（DCI）到發送上行鏈路數據（PUSCH）的時間間隔，以及 HARQ-ACK 的反饋時序。 Koffset 的作用相當於在協定層面預先補償了衛星傳播延遲中一個較大的、可預測的公共部分，這使得 UE 和 gNB 之間的時序交互可以像在地面網路中一樣正常進行，避免了因超長延遲導致的協定超時；Koffset 的值可以根據需要配置為小區特定或波束特定，並可透過 RRC 訊令進行動態更新。
• 都卜勒頻移補償：
  為了應對大的都卜勒頻移，NR 標準進行了相應的增強，這包括放寬了對頻率誤差的容忍度，並在同步訊號的設計中考慮了頻移的影響；更重要的是，網路可以向 UE 提供關於預期都卜勒頻移的輔助資訊，UE 則可以在發送上行鏈路訊號之前，根據這些資訊對訊號進行預先的頻率補償（pre-compensation），從而在 gNB 接收端將頻移的影響降至最低。
• HARQ 增強：
  在 NTN 中，由於 RTT 很長，HARQ 的反饋迴路也變得非常長，如果繼續使用地面網路中較少的 HARQ 進程數，會導致發送端在等待 ACK/NACK 反饋時出現大量的空閒時間，從而浪費頻譜資源；為此，3GPP 增加了 NTN 場景下支援的 HARQ 進程數量，更多的平行進程確保了即使在等待遠端反饋的同時，數據發送的管道也能保持飽和，從而維持了較高的傳輸傳輸量。
• 其他 NTN 特定程序：
  除了上述核心修改，3GPP 還引入了其他增強功能以支援 NTN 的獨特場景，例如，針對移動的衛星波束，增強了波束切換和移動性管理程序，以確保用戶在穿越不同衛星覆蓋區域時能夠保持無縫連接，此外，還引入了基於位置資訊的網路程序觸發機制，這對於管理全球範圍內的用戶至關重要。

頻譜、監管與標準化

NTN 的成功商用不僅依賴於技術的突破，更需要一個清晰、協調的頻譜監管框架和持續演進的技術標準。

監管環境

頻譜是無線通訊的生命線，NTN 的部署必須在國際和各國監管機構的框架下進行。

• ITU 和 FCC 的角色：
  國際電信聯盟（International Telecommunication Union, ITU）負責在全球範圍內協調和分配用於衛星服務的頻譜資源，各國的監管機構，如美國的聯邦通訊委員會（Federal Communications Commission, FCC），則負責本國的頻譜授權和管理；3GPP 的標準制定工作與這些監管機構的決策緊密相連，以確保技術標準能夠在合規的頻譜上部署。
• 關鍵頻譜：
  目前正在被用於或考慮用於 5G NTN 的關鍵頻段包括傳統的衛星 L 頻段和 S 頻段，以及更高頻率的 Ka 頻段（如下行鏈路 17.7-20.2 GHz，上行鏈路 27.5-30 GHz），將 3GPP 的 5G NR 規範與這些 ITU 分配的衛星頻段對齊，是實現全球互通性的關鍵一步。

3GPP 標準化路線圖

NTN 的整合是一個跨越多個 3GPP 版本的長期演進過程。

• Rel-17：
  為 NTN 奠定了基礎，它主要關注透明酬載架構，並首次標準化了支援 NB-IoT/LTE-M 的 IoT-NTN 和支援智慧型手機的 NR-NTN，Rel-17 成功解決了前述的傳播延遲和都卜勒頻移等基本物理問題。
• Rel-18 (5G-Advanced)：
  作為 5G-Advanced 的第一個版本，Rel-18 致力於對 NTN 進行增強，其重點包括支援在新的頻率範圍（如 Ka 頻段）部署 NTN，提升對飛機、船舶等移動平台上的終端的支援能力，以及進一步將 RedCap 設備與 NTN 進行整合。
• Rel-19 及未來：
  未來的標準化工作將聚焦於更先進的技術，特別是再生酬載架構和衛星間鏈路的實現，目標是實現地面網路與非地面網路之間更深度的融合，最終形成一個統一、無縫的三維網路架構，模糊兩者之間的界限。

3GPP 決定「適應」現有的 NR 標準來支援 NTN，而不是為衛星通訊創建一個全新的、獨立的標準，這一決策對整個通訊產業產生了深遠的戰略影響；從歷史上看，衛星通訊一直使用專有的、非蜂巢式的標準，這導致了一個小眾市場，其特點是客製化的昂貴硬體和有限的互通性；3GPP 的新路徑，從 Rel-17 開始，將衛星接取直接整合到全球統一的 5G 標準中，這表示現在一個設備的晶片（例如高通的 Snapdragon 晶片）可以內建處理地面和非地面鏈路的邏輯。

這一轉變不可避免地迫使歷史上的競爭者走向合作，衛星營運商（如 Viasat、Intelsat）現在必須與行動網路營運商（如 AT&T、T-Mobile）以及晶片和設備製造商（如高通、蘋果）建立緊密的合作夥伴關係，這引發了連接市場的徹底重塑，衛星營運商不能再僅僅銷售批發頻寬；他們必須融入蜂巢式產業的價值鏈，提供如「來自太空的補充覆蓋」（Supplemental Coverage from Space）等新型服務，行動網路營運商則可以在不建設地面塔台的情況下，將其品牌覆蓋擴展到全球，這催生了新的、複雜的 B2B2X 商業模式，並將推動市場的大規模整合（例如 Viasat 與 Inmarsat 的合併），因為各家公司都在競相建立端到端的能力，衛星和蜂巢式產業各自為政的時代已經結束。
 

圖中為 ACE9600 通道模擬器，用於處理來自 R&S SMW200A 向量訊號產生器的低軌道衛星（LEO）/5G NTN 訊號，並將該訊號輸入至其中一個通道，透過 ACE Client 控制軟體，可加入各種鏈路與硬體損耗，模擬真實世界的運行條件；經 R&S FSW 頻譜分析儀顯示 ACE9600 處理後的輸出訊號，使用者可觀察這些損耗對訊號星座圖（Constellation） 及其他訊號特性的影響，滿足衛星通訊、NTN 設計工程師與系統整合商的測試需求。
 

應用生態系統與市場現實

隨著 RedCap 和 NTN 技術標準的成熟和商業化部署的展開，一個全新的物聯網應用生態系統正在形成，這些技術不僅優化了現有的應用場景，更催生了過去無法實現的全新可能性。

垂直領域深度剖析：關鍵用例與應用

RedCap 在工業物聯網 (IIoT) 中的應用

RedCap 的性能和成本平衡使其成為工業 4.0 轉型的理想技術。

• 預測性維護：
  在智慧工廠中，將大量的感測器（如震動、溫度、壓力感測器）無線連接到工業機械上是實現預測性維護的基礎，RedCap 提供了恰到好處的頻寬和低延遲，能夠即時收集這些感測器的數據，並將其傳輸到基於 AI 的分析平台，這使得企業能夠在設備發生故障前預測並安排維護，從而最大限度地減少停機時間，提高營運效率並降低維護成本。
• 無線感測器與私有 5G 網路：
  RedCap 非常適合在企業的私有 5G 網路中大規模部署，它能夠以經濟高效的方式連接工廠車間內的數千個感測器和致動器；此外，RedCap 支援 5G LAN 等功能，可以簡化設備之間的路由和連接，使其像在傳統有線乙太網上一樣方便，但又具備無線的靈活性。

RedCap 在消費物聯網中的應用

RedCap 正在推動消費性電子產品進入一個新的連接時代。

• 穿戴式裝置與互聯健康：
  高階智慧手錶、健身追蹤器和遠端醫療監護設備是 RedCap 的一個關鍵市場，相較於 LTE-M，RedCap 能夠處理更豐富的數據流，例如：短暫的視訊通話、更高保真度的音訊或更複雜的感測器數據融合，同時仍能提供數天甚至數週的電池續航時間，這對於穿戴式裝置的使用者體驗至關重要，全球穿戴式裝置市場的價值高達數百億美元，為 RedCap 提供了巨大的商業機會。

NTN 在基礎產業與物流中的應用

NTN 的全球覆蓋能力正在為傳統產業帶來革命性的變化。

• 智慧農業：
  對於廣闊而偏遠的農場來說，地面網路覆蓋的缺乏一直是數位化轉型的最大障礙，NTN 徹底改變了這一局面，它為精準農業提供了可靠的連接，支援各種過去難以實現的應用，包括：即時監測土壤濕度和養分含量、透過 GPS 引導的自動駕駛拖拉機和收割機、對廣闊牧場上的牲畜進行追蹤和健康監測，以及將無人機收集的高解析度圖像數據即時回傳進行分析，這些應用能夠幫助農民優化資源利用（如水和肥料），減少浪費，應對氣候變化，並最終提高作物產量。
• 海事與物流：
  全球供應鏈依賴於跨越海洋和大陸的貨物運輸，NTN 能夠為遠洋貨輪上的集裝箱提供持續的追蹤和狀態監控（如溫度、濕度），為跨國運輸的卡車車隊提供不間斷的通訊，以及為飛機和船舶提供寬頻網路服務，這些在傳統上是網路覆蓋的死角，而 NTN 的出現填補了這些空白，極大地提升了物流的可見性、效率和安全性。

協同應用 (RedCap + NTN)

當 RedCap 的成本效益與 NTN 的無所不在覆蓋相結合時，其潛力將被發揮到極致，這種協同作用催生了真正全球化的、無縫的物聯網解決方案，例如，一個用於監測偏遠地區石油或天然氣管道的感測器，或者一個用於追蹤高價值跨國資產的追蹤器，可以內建同時支援 RedCap 和 NTN 的模組；當設備位於地面 5G 網路覆蓋範圍內時，它會使用 RedCap 進行高效的數據傳輸；一旦進入沒有地面訊號的區域，它會自動無縫地切換到 NTN 衛星鏈路，確保數據永不中斷，這正是全球無縫物聯網的終極願景，它將為全球資產管理、環境監測和關鍵基礎設施保護等領域帶來前所未有的能力。

當前市場狀況與商業化軌跡

RedCap 生態系統的發展勢頭

RedCap 的商業化進程正在快速推進，一個完整的生態系統已初具規模。

• 營運商部署：
  截至 2025 年初，全球已有數十家行動網路營運商正在投資 RedCap 技術，其中一些已經正式商用，北美和中國是領先市場，包括美國的 T-Mobile、中國的中國移動、中國電信和中國聯通等主要營運商都已宣布推出 RedCap 服務或完成大規模試點。
• 晶片與模組的可用性：
  RedCap 的成功離不開上游晶片和模組供應商的支援，高通（Qualcomm）是這一領域的關鍵推動者，其推出的 Snapdragon X35 和 X32 數據機射頻系統是全球首批商用的 Rel-17 RedCap 解決方案；緊隨其後，移遠通信（Quectel）、廣和通（Fibocom）、泰利特（Telit Cinterion）等主流模組製造商也相繼推出了基於這些晶片的 RedCap 模組，首批經過 GCF/PTCRB 認證的 RedCap 終端設備已於 2024 年開始進入市場，預計在 2025 年和 2026 年將迎來更快的增長。

NTN 生態系統的發展勢頭

NTN 市場的發展則更多地體現為跨產業的戰略合作與早期服務的落地。

• 衛星營運商的合作夥伴關係：
  NTN 領域的特點是頻繁的聯盟與合作，傳統的衛星營運商（如 Viasat、Intelsat、Eutelsat、SKY Perfect JSAT）正在積極與行動網路營運商、網路設備供應商（如愛立信、Mavenir）以及設備和晶片製造商（如高通、Thales）聯手，共同進行技術試驗和服務構建。
• 早期商業服務：
  目前，初期的 NTN 商業服務主要集中在直接到設備（Direct-to-Device, D2D）的緊急求救（SOS）和雙向簡訊功能上，以 SpaceX 的 Starlink 和 AST SpaceMobile 為代表的新興衛星公司在這一領域處於領先地位，隨著支援 NTN 的智慧型手機晶片和終端設備生態系統的成熟，預計在 2026 至 2027 年左右，能夠支援數據和語音的完整 5G NR-NTN 服務將會更加普及。

從整個應用場景和市場發展的分析中，可以觀察到一個根本性的市場進入策略分歧，RedCap 主要是一種「效率驅動」的策略，其核心價值在於降低現有中階物聯網應用的成本和功耗，從而推動其規模化部署，它的目標是優化現有市場。例如，工業物聯網感測器和穿戴式裝置等應用，在 RedCap 出現之前，主要由 LTE Cat-4 或 Cat-1 等技術服務，RedCap 的價值主張是做得更好、更便宜，並且提供一條通往 5G SA 先進功能（如網路切片）的清晰路徑。
與之相對，NTN 則是一種「覆蓋驅動」的策略，其核心價值在於創造全新的市場和應用場景，將連接性帶到以前無法觸及的地理位置，它的目標是開拓全新市場，例如，在偏遠農田進行的精準農業、跨洋貨櫃的即時追蹤以及航空寬頻連接等應用，在 NTN 出現之前，要麼無法實現，要麼只能依賴昂貴且封閉的專有衛星系統，NTN 的價值主張是在以前沒有連接的地方實現連接。

這種戰略上的根本差異決定了它們各自的商業模式，RedCap 的普及將由企業對總體擁有成本（TCO）降低的投資回報率（ROI）計算來驅動，而 NTN 的普及則將由來自以前無法觸及的市場的潛在新收入流來驅動；最終，RedCap 與 NTN 的協同作用代表了物聯網的終極目標：利用一種經過效率優化的技術（RedCap），去經濟高效地捕獲由一種擴大覆蓋範圍的技術（NTN）所開創的全新市場，能夠掌握這種協同作用的公司，例如，提供一款能夠在地面和衛星網路之間無縫工作的低成本、基於 RedCap 的全球資產追蹤器，將擁有深遠的競爭優勢。

戰略分析與未來展望

儘管 RedCap 和 NTN 為物聯網的未來描繪了宏偉的藍圖，但其商業化的道路並非一帆風順，從技術依賴性到商業模式的演變，再到整個生態系統的協同，都存在著必須克服的挑戰。

商業化障礙與戰略要務

對 5G 獨立組網 (SA) 的依賴

這是 RedCap 商業化面臨的最顯著的障礙，RedCap 是一項 5G 原生技術，其設計完全基於 5G 的服務化架構，因此它必須在 5G 獨立組網（Standalone, SA）的核心網下才能運作，它與目前更為普遍的、錨定在 4G 核心網上的 5G 非獨立組網（Non-Standalone, NSA）模式不相容。

• 挑戰所在：
  由於成本和部署的複雜性，全球 5G SA 網路的推出速度比最初預期的要慢，這就造成了一個典型的「雞生蛋、蛋生雞」的困境：如果 SA 網路的覆蓋不夠廣泛，企業會對投資 RedCap 設備猶豫不決；反之，如果沒有大規模 RedCap 應用所帶來的明確商業案例，營運商也缺乏加速部署 SA 網路的動力。
• 緩解策略：
  為了解決這個問題，早期的 RedCap 晶片和模組普遍支援 LTE 回退（fallback）功能，這表示在沒有 5G SA 訊號的地區，RedCap 設備可以回退到 4G LTE 網路繼續工作，這是一個至關重要的過渡策略，它降低了早期部署的風險，使得企業可以在 SA 網路尚未全面覆蓋的情況下，就開始採用 RedCap 設備。

NTN 商業模式的演變

NTN 市場正在從傳統的衛星頻寬銷售，向更複雜、更整合的商業模式演變。

• 批發模式：
  這是最直接的模式，衛星營運商將其網路容量以批發的形式出售給行動網路營運商，MNO 則將其包裝成自己的服務，向其終端用戶提供，例如作為一種「超級漫遊」服務，讓用戶在地面網路之外也能保持連接。
• 直接到設備 (D2D) 合作夥伴模式：
  這是一種更緊密的合作模式，通常涉及衛星營運商、MNO 和設備/晶片製造商三方的深度合作，目標是讓標準的、未經修改的智慧型手機可以直接連接衛星，提供緊急通訊或基本數據服務。
• 基礎設施即服務 (IaaS) 模式：
  在這種模式下，衛星被視為「空中的基地台」，多個 MNO 可以共享同一個衛星基礎設施，向其各自的用戶提供「來自太空的補充覆蓋」（SCS），這種模式需要開放、可互通的網路架構，以確保不同營運商之間的協同工作。

生態系統與互通性

確保在不同的地面網路、不同的衛星系統以及不同類型的設備之間實現無縫的操作和切換，是一個巨大的技術和商業挑戰，這不僅需要強大的技術標準作為基礎，還需要整個價值鏈的深度協作，為此，建立健全的認證體系至關重要，例如，全球認證論壇（GCF）和 PTCRB 已經將 RedCap 納入其認證計畫，透過嚴格的實驗室一致性測試和外場互通性測試，確保 RedCap 設備能夠在不同營運商的網路上正確運行，對於 NTN 而言，類似的跨廠商、跨系統的互通性測試將是實現全球無縫漫遊的關鍵。

市場預測與總結

綜合市場預測至 2030 年

綜合多家市場研究機構的數據，可以勾勒出未來幾年 5G 物聯網市場的強勁增長趨勢。

• 物聯網連接數：
  整體物聯網市場將迎來顯著增長，蜂巢式物聯網連接數預計到 2029 年的複合年增長率（CAGR）將達到 12%。
• RedCap 預測：
  RedCap 的採用將成為蜂巢式物聯網增長的重要驅動力，預計到 2030 年，全球 RedCap 連接數將超過 7 億；從市場份額來看，預計到 2030 年，RedCap 模組將佔蜂巢式物聯網模組總出貨量的 18%。
• 物聯網收入：
  全球物聯網市場的收入預計將從 2024 年的 1 兆美元翻倍增長至 2030 年的 2 兆美元，在特定領域，NTN 服務市場預計到 2030 年將增長至 280 億美元。

總結而言，整個下一代物聯網生態系統（包括 RedCap 和 NTN）的成功，都懸於一個關鍵的依賴因素：5G 獨立組網（SA）的成功、廣泛且經濟可行的部署，這個依賴性如同一個主節流閥，控制著整個市場的增長速度，RedCap 需要 5G SA 才能運作；同樣，使 NTN 整合變得無縫且可盈利的先進 5G 功能（例如用於 QoS 保證的網路切片和先進的移動性管理）也依賴於 5G SA 核心網，然而，5G SA 的推出比預期更具挑戰性且速度較慢。

因此，RedCap 和先進 NTN 服務的採用率，其瓶頸並不在於技術本身（晶片和標準已經就緒），而在於底層核心網路基礎設施的部署速度，這為整個生態系統帶來了一個戰略上的必然要求：必須協同解決 5G SA 的商業案例問題，晶片製造商（如高通）、基礎設施供應商（如愛立信）和衛星營運商無法獨自取得成功，他們必須積極幫助 MNO 找到將 5G SA 變現的方法（例如，透過企業私有網路、固定無線接取、差異化連接），以證明投資的合理性，而這反過來又創造了他們自己產品所要服務的市場，物聯網的未來，將更少地取決於單一公司的產品，而更多地取決於在部署這個基礎網路平台上的集體成功。

關於奧創系統

奧創系統科技的專業技術服務橫跨多個尖端領域，展現其深厚的技術底蘊與市場洞察力：

• 航太國防應用： 提供無人載具、訓練模擬器、衛星干擾防禦等關鍵系統。
• 半導體量測設備： 涵蓋探針平臺、高溫壽命測試 (HTOL) 等方案。
• 運動模擬平臺： 包含高精度六軸平臺與產業訓練模擬器。
• 射頻 (RF) 測試儀器： 從訊號產生、分析到完整測試系統建置。
• 光電影像模擬： 提供紅外線目標投影器、黑體校正源等專業設備。
• 車用製造 與 衛星測試： 針對新興的車用雷達與低軌衛星產業提供測試方案。
• 客製化系統：包含電波/電磁暗房建置與自動化軟體開發。

奧創系統科技不僅是設備供應商，更是能與客戶共同成長、持續創造雙贏的工程夥伴，以卓越的解決方案，驅動產業的創新力量。

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77. The next five years of IoT: revenue opportunities and recommendations for growth,  https://www.gsmaintelligence.com/research/the-next-five-years-of-iot-revenue-opportunities-and-recommendations-for-growth