吳杰+程偉+梁月

【摘要】 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)因其巨大應(yīng)用前景而收到運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越廣泛的重視，本文介紹了NB-IoT及eMTC技術(shù)的發(fā)展背景，給出了NB-IoT及eMTC技術(shù)方案的亮點(diǎn)與區(qū)別，并結(jié)合運(yùn)營(yíng)商對(duì)蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的部署方案研究。

【關(guān)鍵詞】 NB-LOT eMTC LPWA 運(yùn)營(yíng)商 物聯(lián)網(wǎng)

一、引言

移動(dòng)通信正在從人和人的連接，向人與物以及物與物的連接邁進(jìn)，萬(wàn)物互聯(lián)是必然趨勢(shì)。然而當(dāng)前的4G網(wǎng)絡(luò)在物與物連接上能力不足。事實(shí)上，相比藍(lán)牙、ZigBee等短距離通信技術(shù)，移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)具備廣覆蓋、可移動(dòng)以及大連接數(shù)等特性，能夠帶來(lái)更加豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，理應(yīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的主要連接技術(shù)。作為L(zhǎng)TE的演進(jìn)型技術(shù)，4.5G除了具有高達(dá)1Gbps的峰值速率，還意味著基于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的更多連接數(shù)，支持海量M2M連接以及更低時(shí)延，將助推高清視頻、VoLTE以及物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用快速普及。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)正在開(kāi)啟一個(gè)前所未有的廣闊市場(chǎng)。

二、高、中、低速物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)及對(duì)應(yīng)的接入技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)按速率可分為高、中、低三類，適用不同的無(wú)線接入技術(shù)去承載，如下圖1所示。

移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)規(guī)模尚小，主要利用2G網(wǎng)絡(luò)提供接入管道，部分采用4G網(wǎng)絡(luò)。而eMTC和NB-IoT可以很大程度復(fù)用現(xiàn)在FDD-LTE和TDD-LTE的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。因此通過(guò)做小量設(shè)備投資，原有網(wǎng)絡(luò)就可以對(duì)未來(lái)的Cat-NB1和Cat-M1進(jìn)行支持，并不需要重新建一張網(wǎng)，這樣可以大量減少網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維的成本。

三、蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)NB-IoT及eMTC分析

3.1 NB-IoT及eMTC四大共同亮點(diǎn)

一是廣覆蓋，將提供改進(jìn)的室內(nèi)覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT及eMTC比現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)增益15dB-20dB，極大地提升了LTE網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋能力；二是具備支撐海量連接的能力，一個(gè)扇區(qū)能夠支持10萬(wàn)個(gè)連接，支持低延時(shí)敏感度、超低的設(shè)備成本、低設(shè)備功耗和優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；三是更低功耗，終端模塊的待機(jī)時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)10年；四是更低的模塊成本。

3.2 NB-IoT及eMTC區(qū)別

相比而言，同是基于LTE技術(shù)的eMTC協(xié)議卻適應(yīng)更高的連接速率。eMTC是3GPP很早就制定的一條技術(shù)路線，目前eMTC是定義高速率連接應(yīng)用，從LTE的Cat3到Cat9、Cat12等不同高低速率都會(huì)存在應(yīng)用，這會(huì)將與NBIoT的發(fā)展成互補(bǔ)之勢(shì)。

NB-IoT和eMTC最明顯的特點(diǎn)就是帶寬不一樣，NBIoT帶寬只有200KB，eMTC最低帶寬也有1.4M?，F(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)應(yīng)用不需要那么高的網(wǎng)絡(luò)速率，其實(shí)有幾十KB就夠了，類似無(wú)線抄表的應(yīng)用，就是通過(guò)無(wú)線連接，配上傳感器來(lái)采集數(shù)據(jù)，這對(duì)連接速率的要求不高，而速率高了，整個(gè)應(yīng)用成本也就上去了，這會(huì)對(duì)芯片、模塊的設(shè)計(jì)要求也會(huì)增加，NB-IoT在縮減成本的同時(shí)，同樣可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)的難度。

目前來(lái)看，根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用狀態(tài)發(fā)一些控制命令，這些低速率的連接標(biāo)準(zhǔn)就能夠滿足市場(chǎng)應(yīng)用。未來(lái)NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)在Cat M、Cat1等低速率的應(yīng)用會(huì)占據(jù)大部分市場(chǎng)應(yīng)用，同時(shí)也會(huì)在高速率層面的展開(kāi)應(yīng)用。

此外，從網(wǎng)絡(luò)層面來(lái)講，NB-IoT和eMTC都是基于LTE技術(shù)，LTE將來(lái)絕對(duì)是未來(lái)終端布局的一個(gè)方向。從大的方向來(lái)看，NB-IoT和eMTC未來(lái)在不同的地區(qū)的市場(chǎng)會(huì)有不同發(fā)展形勢(shì)，當(dāng)然NB-IoT功耗更低、帶寬更小、成本更低，NB-IoT的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)將會(huì)更好。

四、運(yùn)營(yíng)商部署策略

基于上述NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)勢(shì)和市場(chǎng)應(yīng)用趨勢(shì)，可以看到NB-IoT的商用條件已經(jīng)成熟，整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈也將“一觸即發(fā)”，從運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、芯片廠商以及終端廠商都在為商用“備戰(zhàn)”，其中國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商顯得相對(duì)激進(jìn)。

在NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)之后，中國(guó)電信啟動(dòng)800M頻段重耕；中國(guó)聯(lián)通今年計(jì)劃在超過(guò)5個(gè)城市啟動(dòng)基于900MHz、1800MHz的NB-IoT外場(chǎng)規(guī)模組網(wǎng)試驗(yàn)及業(yè)務(wù)示范；中國(guó)移動(dòng)今年安排專項(xiàng)資金用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的芯片、模組、行業(yè)終端補(bǔ)貼，更是制定了2020年中國(guó)移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)50億的“大連接”。

對(duì)于三大運(yùn)營(yíng)商對(duì)NB-IoT的激進(jìn)布局，從運(yùn)營(yíng)商的角度看，主要是因?yàn)槿伺c人之間的通訊相對(duì)飽和了，手機(jī)已經(jīng)現(xiàn)實(shí)了人手一部，而物聯(lián)網(wǎng)方興未艾，預(yù)計(jì)到2020年有500億個(gè)終端連接到物聯(lián)網(wǎng)中，這是一個(gè)龐大的市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)。

目前，三大運(yùn)營(yíng)商都已經(jīng)開(kāi)啟對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的補(bǔ)貼政策，NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展也是圍繞運(yùn)營(yíng)商的節(jié)奏在展開(kāi)。NBIoT需要接入公網(wǎng)運(yùn)行，運(yùn)營(yíng)商上可以通過(guò)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)，也可以像中國(guó)電信重耕800M頻段一樣，將部分頻段拿來(lái)做NB-IoT的連接應(yīng)用，當(dāng)然這對(duì)其本身的CDMA網(wǎng)絡(luò)是沒(méi)有影響。NB-IoT的連接應(yīng)用在網(wǎng)上會(huì)更傾向于與重耕新建的網(wǎng)絡(luò)頻段，重耕主要是將核心網(wǎng)和協(xié)議進(jìn)行重新規(guī)劃應(yīng)用，在建站的時(shí)候利用已有的頻段在空中接入這一塊利用起來(lái)，重新接入。

五、中國(guó)移動(dòng)的具體部署分析

考慮因素：除了考物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)本身的技術(shù)特性之外，會(huì)綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)成熟度、現(xiàn)有頻段情況、設(shè)備升級(jí)改造或網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度、成本，及與其它重要技術(shù)制式的關(guān)系等。

TDD eMTC與NB-IOT的比較：eMTC與NB-IOT針對(duì)不同速率業(yè)務(wù)，并非相互替代關(guān)系。但在初期側(cè)重發(fā)展某種接入技術(shù)方式時(shí)，需考慮以下因素：

六、結(jié)束語(yǔ)

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT及eMTC技術(shù)的出現(xiàn)，不僅給人們帶來(lái)了各種便利，而且推動(dòng)了社會(huì)各項(xiàng)技術(shù)的快速發(fā)展；但就目前來(lái)看，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT及eMTC技術(shù)在應(yīng)用依然處在技術(shù)開(kāi)發(fā)的初步發(fā)展階段，所以想要在相關(guān)領(lǐng)域較好的融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還要不斷對(duì)其應(yīng)用問(wèn)題展開(kāi)深入的研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 3GPP TR 23.720. Study on architecture enhancements for Cellular Internet of Things （Release 13）[S]. 2016

[2] 陳勝. 近距離無(wú)線通訊技術(shù)發(fā)展分析[J]. 電子技術(shù)與軟件工程， 2015（3）： 49.

[3]趙明宇，嚴(yán)學(xué)強(qiáng).SDN和NFV在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].移動(dòng)通信，2015（14）：64-68.