4G LTE 類別 – 有什麼區別？4G LTE Categories – What’s the difference?
現在我們已經進入了 5G 時代，引入 4G/LTE 似乎有點過時了。然而，今年（2020）年初，4G 中的 LTE cat.1 突然火了起來，尤其是它給物聯網和安控影像帶來了新的機會。中國的海康威視隨後推出了大量的 4G 網路攝影機，好像事後看來，4G 網路影像監控的時代終於來了？
4G、LTE、TDD/FDD 和 LTE CAT 1
我們先來看看關於 4G 的幾個概念。
4G，當然是第四代行動通信技術。與 3G 相比，4G 的核心是網速的提升。根據 ITU 的定義，靜態傳輸速率可以達到 1Gbps，使用者在高速運動狀態下可以達到100Mbps。
LTE，（Long Term Evolution）長期演進技術，是 3GPP 制訂的無線通信標準。其中，LTE-Advanced（長期演進技術升級，LTE-A）是 ITU 認可的 4G 標準。它分為兩個分支：
- LTE FDD（頻分雙工長期演進技術）：最早提出的 LTE 標準。目前，該技術是世界上最成熟、應用最廣泛、終端種類最多的。峰值速率：下行 150Mbps，上行 40Mbps。
- LTE TDD（時分雙工長期演進技術）：又稱 TD-LTE，是 LTE 的另一個分支。峰值速率：下行 100Mbps，上行 50Mbps。
LTE cat.1 是一種 3GPP UE（使用者設備）類別。cat.1上行峰值速率：5.16Mbps，下行 10.3Mbps。這個上行速度對於單個網路攝影機傳輸來說已經足夠了。所有 3GPP UE 類別如下：
| UE CAT | 最大限度。上傳速率 | 最大限度。下載率 | 3GPP 發布 |
| NB1 | 1.0 | 0.68 | 第 13 版 |
| M1 | 1.0 | 1.0 | 第 13 版 |
| 0 | 1.0 | 1.0 | 第 12 版 |
| 1 | 5.2 | 10.3 | 第 8 版 |
| 2 | 25.5 | 51.0 | 第 8 版 |
| 3 | 51.0 | 102.0 | 第 8 版 |
| 4 | 51.0 | 150.8 | 第 8 版 |
| 5 | 75.4 | 299.6 | 第 8 版 |
| 6 | 51.0 | 301.5 | 第 10 版 |
| 7 | 102.0 | 301.5 | 第 10 版 |
| 8 | 1497.8 | 2998.6 | 第 10 版 |
| 9 | 51.0 | 452.2 | 第 11 版 |
| 10 | 102.0 | 452.2 | 第 11 版 |
| 11 | 51.0 | 603.0 | 第 11 版 |
| 12 | 102.0 | 603.0 | 第 11 版 |
| 13 | 150.0 | 391.7 | 第 12 版 |
| 14 | 9585.0 | 391.7 | 第 12 版 |
| 15 | 226 | 750 | 第 12 版 |
| 16 | 不適用 | 979 | 第 12 版 |
| 17 | 不適用 | 25065 | 第 13 版 |
| 18 | 不適用 | 1174 | 第 13 版 |
| 19 | 不適用 | 1566 | 第 13 版 |
| 20 | 315 | 2000 | 第 14 版 |
| 21 | 300 | 1400 | 第 14 版 |
物聯網業務
根據傳輸速率（下行），物聯網服務可分為高速、中低速和窄頻服務三種。現階段各業務佔比如下：
| 百分比 | 商業 | 應用 |
| 10% | 高速業務 | LTE cat.4、cat.6/5G |
| 30% | 中低速業務 | LTE cat.1,cat.M1/eMTC |
| 60% | 窄頻業務 | NB-IoT,cat.NB1 |
由此可以看出，90% 的業務可以滿足中低速需求。H.265 編碼的 200 萬像素高清網路攝影機的合適碼流值為 1500kbps 左右。如果使用行動網路傳輸網路攝影機，則該應用屬於物聯網中的中低速業務應用。
LTE cat.1 在物聯網應用中的優勢
從以上基本概念和網路傳輸速度的分類可以看出，cat.1 完全滿足網路攝影機傳輸頻寬的要求。除了在安控領域的應用，cat.1 在物聯網應用中突然火起來的原因還有：
- 價錢。與更高速的 4G 模組相比，LTE cat.1 更實惠。（帶 RJ45、WiFi、USB 接口的 4G 模組最低新台幣 800 元左右有找，現在 cat.1 模組 300 左右。如果把數據卡捆綁在一起，可以降低成本。當然，產品肯定是台皮！）
- 4G 網路成熟，對應的 cat.1 晶片功能成熟（同 4G）。營運商基地台資源，4G 晶片產業發達，4G 相關軟體成熟。
- 可靠的傳輸速率（上行）（可靠，與 cat.NB1、cat.M1 相比）。上面有分析，不再贅述。
- eMTC 發展乏力，2G 退網時間臨近。cat.1 將是替代 eMTC (cat.M1) 的最佳選擇。
- 趨勢。儘管 5G 發展迅速，但到 2025 年，4G 仍將佔據主導地位。
物聯網傳輸方式
除了4G，物聯網還有很多其他的傳輸方式。
| 轉移方式 | 關鍵點 |
| 局域網無線連接 | |
| 無線上網 | |
| 藍牙 | |
| 線 | |
| Z波 | |
| 紫蜂 | |
| 低於 1GHz | 315，433，868，915MHz |
| 廣域網無線連接 | |
| GPRS | |
| 窄頻物聯網 | CATNB1 |
| LoRa | |
| LoRa 廣域網 | |
| eMTC | CATM1 |
| 近場連接 | |
| 射頻辨 | |
| NFC | |
| 有線連接 | |
| VART | |
| 模組化總線 | |
| OPC | |
| 能夠 | |
| 可程式邏輯控制器 | |
| 定位導航 | |
| 全球定位系統 | |
關於物聯網的更多資訊，物聯網的傳輸方式可以參考這篇文章物聯網、智慧家庭、人工智慧。
4G 在安控中的應用
4G 在安控中最常見的應用是 4G 網路攝影機，當然還有 4G NVR、4G DVR 等。這些4G 產品的使用方法大同小異，寫了一些 4G 安控產品說明。可以參考文末的參考資料。這裡再次以 4G 網路攝影機為例，對相關產品的用途和特點進行總結說明。
4G 網路攝影機，是透過行動營運商的 4G 無線網路傳輸影像信號的網路攝影機。因為無線行動營運商的網路和網路是相連的，所以網路攝影機也可以連接到外部網路，也就是網路，可以遠端訪問。
無線 4G 網路攝影機一般用於沒有或不方便有線網路的監控場景，如高速公路、森林、水庫等。也可配合太陽能供電使用，無需佈線。
4G 網路攝影機使用注意事項
- 攝影機支持的網路標準，頻段是否與使用的無線網路營運商的網路一致。你可以諮詢無線網路營運商和 4G 設備製造商。
- 攝影機安裝位置是否有相應的網路信號，穩定可靠。
- SIM 卡服務開通，流量和服務正常。
- 注意數據包，按需使用。一台 200 萬 265 編碼的網路攝影機（按碼流 1000kbps 計算）24 小時看，所需流量 8-10G 左右。
4G 網路攝影機接入方式
- 直接外部靜態 IP 地址訪問
一般 4G 網路攝影機撥號成功後會獲取 IP 地址。如果這個 IP 是公網唯一的靜態 IP 地址，那麼就可以透過這個唯一的 IP 地址從外網訪問攝影機。但實際上，公網的靜態 IP 地址資源是有限的，4G 營運商的 SIM 卡一般都提供內網的動態 IP。靜態 IP 地址需要與營運商協商購買。
- DDNS 動態域名訪問
因為攝影機已經透過 4G 網路連接到外網，此時我們可以像普通有線網路攝影機一樣，透過綁定動態域名和端口映射來實現外網訪問。
- P2P 訪問
與普通網路攝影機一樣，4G 網路攝影機可以實現 P2P 訪問。攝影機需要內置 P2P 接入服務功能。一些常見的網路攝影機 P2P 接入平台，請參考文章 P2P 遠端接入技術在安空影像監控中的應用。
- 主動註冊訪問外網平台
如果我們在外網設置一個固定地址（外部靜態 IP 或域名）的伺服器，可以在攝影機中設置，讓攝影機主動註冊到平台伺服器，實現訪問和管理的功能這個 4G 攝影機在平台伺服器。
4G 影像監控的優勢
- 4G 網路傳輸，無需 WiFi 或有線網路；
- 供電：可採用太陽能、風能、蓄電池解決供電問題；
- 儲存：攝影機自帶 TF 卡，用於本地儲存；連接 NVR 儲存進行分佈式儲存；透過 4G 傳輸到監控中心集中儲存；攝影機透過 4G 連接網路，直接儲存在雲端。
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