4G LTE 好用嗎？技術評估與部署考量

隨著科技產業邁向 5G，我們很容易低估 4G LTE 的持久性。然而，LTE 仍然是工業和嵌入式連線的主力。在本指南中，我將引導您對 LTE 的優點、缺點和實際部署考量進行嚴格評估，以便您為自己的專案做出明智的選擇。

目錄

• 簡介
• 4G LTE 技術概述
• 性能特性
• 涵蓋範圍、可用性與彈性
• 網路位址與連線
• 安全功能與資料合規性
• 服務品質與優先順序
• SIM 管理與規模化佈建
• 私人 LTE 和 CBRS 部署
• 功耗與裝置整合
• 用例評估與適用性
• 成本考慮

簡介

當您設計工業 IoT 平台或嵌入式監控系統時，連線性絕對不能是最後的考慮因素。雖然 5G 備受注目，但 4G LTE 的穩定性和覆蓋範圍也是有目共睹的。本指南可協助您衡量 LTE 的效能和生態系統是否符合您的部署需求。

• 為何要評估 LTE？-它仍然受到廣泛的支援、價格合理而且成熟。
• 範圍-工業、嵌入式和 IoT 使用個案。
• 觀眾-硬體工程師、解決方案架構師及嵌入式開發人員。

到最後，您將能夠清楚判斷 LTE 是否適合您，或是是否該投資其他替代方案。

4G LTE 技術概述

由 3GPP 標準化的 LTE 將蜂巢式網路轉換為全 IP 模式，為現代物聯網鋪路。

• 進化-From Release 8 LTE to LTE-Advanced Pro, with carrier aggregation and MIMO enhancements.
• 主要規格-峰值下載速度從 150 Mbps (LTE) 到超過 1 Gbps (LTE-A Pro)。
• 延遲改善-來回約 30-50 毫秒。

這些能力對於許多工業應用來說仍然綽綽有餘。

性能特性

實際的 LTE 效能在很大程度上取決於環境和網路負載。

• 吞吐量-在市區通常為 20-80 Mbps 的下行鏈路。
• 延遲-平均 30-60 毫秒，擁塞時偶爾會出現尖峰。
• 抖動在大多數情況下為 -5-20 ms。

「對 SCADA 和控制迴路而言，延遲一致性通常比頻寬更為重要」。

如果您的工作負載需要確定性，請在目標網路環境中進行廣泛的測試。

涵蓋範圍、可用性與彈性

LTE 的涵蓋範圍在成熟市場幾乎普及，但在其他地方則有差異。

• 城市-密集的行動基地台與強大的室內訊號。
• 鄉村-塔台之間的距離較長；訊號會迅速衰減。
• 備援-考慮使用多網 SIM 卡或回退至 Wi-Fi/衛星。

在大規模部署 LTE 之前，我建議您進行現場勘查，以驗證覆蓋範圍和訊號強度。

網路位址與連線

LTE 網路通常依賴電信業者 NAT 和 IPv4，為入站連線帶來挑戰。

• 載波 NAT-封鎖未經請求的入站流量。
• IPv6-支持度不斷增加，但採用的方式卻不一致。
• NAT 穿透-通常需要 VPN 或反向隧道。

在部署規劃過程中，為網路變通預留時間和資源。

安全功能與資料合規性

LTE 較 2G/3G 安全性大幅提升，但仍無法避免攻擊媒介。

• 驗證-SIM 為基礎的憑證。
• 加密-AES加密可保護無線電連線。
• 弱點-IMSI捕捉器和通訊協定漏洞仍然存在。

確保您對敏感資料實施 VPN 加密，並維持韌體的最新版本。

服務品質與優先順序

LTE 透過 QCI 支援 QoS，但公共網路無法保證確定性。

如果需要關鍵任務的效能，我建議您與電信業者合作，以取得專用 APN 或私人頻寬。

SIM 管理與規模化佈建

管理數以千計的 SIMs 需要自動化。

• eSIMs-透過遠端佈建簡化物流。
• 生命週期-啟用、暫停和停用的計劃。
• 承運商契約-協商符合您的擴充模式的條款。

使用集中式管理平台可大幅降低作業開銷。

私人 LTE 和 CBRS 部署

專用 LTE 可提供可預測的效能，而無需依賴公共網路。

• 建築-預置 EPC 和 eNodeB。
• CBRS-在美國，頻譜分享開啟了新的選擇。
• 使用案例-工廠、倉庫和校園網路。

「與公共 LTE 相比，專用 LTE 可提供令人信服的控制、安全性和效能」。

功耗與裝置整合

LTE 模組可能很耗電，尤其是在傳輸期間。

• 閒置-功耗低 (~5-10 mA)。
• 傳輸-峰值可達 2 A。
• 優化-當值循環和韌體調整可降低耗電量。

為遠端裝置進行設計時，請考慮電池的影響。

用例評估與適用性

LTE 仍然非常適合許多情境。

• SCADA-適合定期遙測；不太適合即時控制迴圈。
• 資產追蹤-優異的涵蓋範圍與電池效能，並具備最佳化的工作週期。
• 行動邊緣運算-吞吐量足以應付大多數工作負載。

在選擇模組之前，請仔細將使用個案需求與 LTE 功能對應。

成本考慮

LTE 硬體和營運成本可能低於 5G 替代方案。

• 模組成本每台裝置 -$10-$40 (視功能而定)。
• 資料計劃-因地區和數量而異。
• 總擁有成本-包括配置、管理和維護。

請務必計算生命週期成本，而不只是初始硬體支出。

總結

LTE 的成熟度、覆蓋範圍和成本優勢使其成為嵌入式和工業系統的可靠選擇。雖然 5G 的重要性將與日俱增，但 LTE 仍是許多關鍵部署的骨幹。我建議您驗證本機網路效能、規劃 NAT 穿透，並進行省電設計。當這些因素都符合時，LTE 仍然是絕佳的選擇。

提示： 如需更多有關嵌入式連線解決方案的資源，請考慮探索 迷你 ITX 主機板.