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        物聯(lián)網關鍵技術及建網策略研究

        2018-01-18 07:29:50崔新凱
        電信工程技術與標準化 2018年1期
        關鍵詞:建網蜂窩運營商

        崔新凱

        (中國移動通信集團設計院有限公司,北京 100080)

        1 發(fā)展背景

        2017年1月18日,工業(yè)和信息化部發(fā)布了《物聯(lián)網發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》,明確提出要加快發(fā)展NB-IoT物聯(lián)網。作為中國制造2025的重要一環(huán),中國政府將物聯(lián)網發(fā)展提上日程,除了大力支持各運營商積極開展NB-IoT窄帶物聯(lián)網的發(fā)展,推動工信部召集三大運營商以及中興、華為等主流設備廠家,要求加快NB-IoT等物聯(lián)網建設,支持各運營商和設備廠家聯(lián)合積極開展試驗,同時還明確表示NB-IoT建網無需另行頒發(fā)牌照,各運營商可在現(xiàn)有頻段資源上自行開展測試和商用部署。國內三大運營商均在2016年加快啟動了NB-IoT的物聯(lián)網建設。隨著未來幾年移動通信從4G向5G網絡的演進,工業(yè)革命開始向萬物互聯(lián)邁進,物聯(lián)網發(fā)展駛入快車道,市場空間廣闊,將成運營商新的藍海。

        1.1 技術選擇

        目前物聯(lián)網解決方案包括蜂窩和非蜂窩兩大類。

        蜂窩類主要包括NB-IoT和eMTC,覆蓋距離較長,都是LTE系統(tǒng)的簡化版,NB-IoT采用200 kHz超窄帶設計,F(xiàn)DD工作模式,覆蓋能力強,成本較低,支持超大連接、小區(qū)重選,但不支持切換和語音,適合發(fā)展窄帶物聯(lián)網低速率業(yè)務;eMTC占LTE 1.4 MHz帶寬,支持FDD和TDD兩種模式,支持語音業(yè)務、切換,適合發(fā)展寬帶物聯(lián)網中速率業(yè)務。蜂窩類適合運營商全網部署。

        非蜂窩類主要是短距與超短距的物聯(lián)網技術,Wi-Fi、ZigBee、NFC、藍牙及非授權頻段的Lora、Sigfox、室外干擾不可控,不適合運營商全網部署。

        1.2 技術對比

        NB-IoT和eMTC技術,兩者的技術定位、雙工模式、空口技術等各不相同,技術對比見表1。

        1.3 性能對比

        NB-IoT:在覆蓋、成本、連接數(shù)等方面性能最優(yōu),但難以滿足中高速移動性、中高速率、語音等業(yè)務需求,如物流追蹤、視頻監(jiān)控、手環(huán)(帶語音)等應用場景。

        表1 NB-IoT和eMTC技術對比

        eMTC:覆蓋及初期模組成本弱于NB-IoT,優(yōu)勢是峰值速率、移動性,語音能力。

        NB-IoT和eMTC性能對比見表2。

        1.4 應用場景對比

        NB-IoT有覆蓋、成本和容量優(yōu)勢;eMTC有吞吐量、移動性和時延優(yōu)勢。物聯(lián)網應用中低速率的應用連接數(shù)占據絕對的優(yōu)勢,eMTC和NB-IoT都是針對物聯(lián)網低功耗低速率應用的通信技術,技術參數(shù)(如應用速率、覆蓋增強能力、移動性、定位能力等)的不同,直接導致了eMTC和NB-IoT應用場景存在較大的差異。eMTC屬于LTE FDD的延續(xù),是LTE FDD的一項子功能,可在現(xiàn)有LTE FDD網絡基礎上進行軟件升級或小成本的硬件升級。而對于NB-IoT,因和TD-LTE機制存在較大差異,需新增基帶板,硬件改動較大。

        NB-IoT和eMTC具有覆蓋強、低功耗、大連接、低成本的特點,適合運營商大規(guī)模部署,是運營商普遍選用的蜂窩物聯(lián)網技術。NB-IoT生態(tài)正在以一種勢不可擋的態(tài)勢快速成型。

        2 建網策略

        2.1 業(yè)務網絡架構

        蜂窩物聯(lián)網的業(yè)務網絡架構已非常清晰,如圖1所示。

        表2 NB-IoT和eMTC性能對比

        2.2 建網思路

        聯(lián)通和電信都已經開展物聯(lián)網的建設,中國移動目前是堅持“以終為始、整體規(guī)劃、分步實施”的建設思路。主要從以下幾個方面考慮。

        需求發(fā)現(xiàn):梳理業(yè)務類型、業(yè)務來源,精確需求發(fā)現(xiàn)從而確立建網目標,是打造優(yōu)質網絡的重要第一步。

        需求分析:物聯(lián)網業(yè)務終端的分布可能與個人移動網的用戶分布差別較大,網絡建設應注重與業(yè)務的銜接,尤其要對業(yè)務類型和具體需求有深入分析。

        頻段與制式選擇:需考慮相關技術(頻率、覆蓋能力)、產業(yè)發(fā)展程度、建設(新建和改造)、投資、政策等因素,并分析其優(yōu)劣勢。

        網絡覆蓋需求:分析物聯(lián)網終端的分布區(qū)域,確定合理網絡規(guī)劃指標。

        站址規(guī)劃:網絡規(guī)劃中最重要的內容,如何考慮基于中國移動已有的站址資源開展站址選擇規(guī)劃,保證良好的覆蓋質量,并協(xié)同好網絡建設與網絡發(fā)展的關系。

        主設備建設問題:中國移動無線網絡已有GSM900/1800、TD-SCDMA、TD-LTE幾張網絡,如何考慮現(xiàn)網設備升級與新增設備建設。

        天饋建設問題:天線在整個無線系統(tǒng)中起到了極為重要的作用。在天線選擇時應堅持性能優(yōu)先的原則,同時要考慮工程實施難度。

        2.3 頻率規(guī)劃

        蜂窩物聯(lián)網建設初期,中國移動NB-IoT(SA)采用同頻組網,頻率采用953.7-953.9 MHz,按Standalone的方式進行蜂窩物聯(lián)網建設。

        為了便于頻點規(guī)劃組網,NB-IoT全網采用統(tǒng)一頻率部署方案。盡可能減少Refarming過程,盡可能降低系統(tǒng)間干擾風險,如低端與鐵路GSM-R及電信cdma800的干擾,高端的自身互調干擾??紤]到NB(SA)功率譜密度高,部署在左側對鐵路GSM-R干擾嚴重,因此使用最右側高端0.6 MHz。

        2.4 建網方案

        目前中國移動的NB-IoT無線網建設有兩種方式:基于GSM基站的建設方式和基于TDD站點的建設方式。其中基于GSM基站的建設方式包括現(xiàn)網升級、替換或新增設備,天饋需利舊或者替換;基于TDD站點的建設方式包括利舊現(xiàn)網BBU、新增BBU設備,天饋則必須替換或新建,同時必須新增支持NB/FDD的RRU。3種建設方式對比分析如表3所示。

        2.5 典型應用場景

        圖1 蜂窩物聯(lián)網業(yè)務網絡架構

        表3 3種建設方式對比分析

        應用主要聚焦在智能家居、智能樓宇、智能抄表、市政物聯(lián)和物流追蹤五大領域(約占LPWA總連接90%)。主要的覆蓋需求集中在住宅、商業(yè)樓宇、室外、地表下4種。例如,水電燃氣抄表、家庭安防、電梯監(jiān)控等應用主要集中在住宅內且有深度覆蓋需求;智能停車、移動POS等應用主要集中在商業(yè)樓宇且有深度覆蓋需求;共享單車、智能路燈、物流追蹤等應用主要是室外的覆蓋;供水漏損治理等管網監(jiān)控應用對地表下的覆蓋需求。

        3 結束語

        萬物互聯(lián)時代加速到來,為電信運營商實現(xiàn)新增長提供了重要機遇。萬物互聯(lián)的關鍵技術已日趨成熟,依托無處不在的網絡,推動實現(xiàn)人及所有物體的普遍連接,信息通信業(yè)特別是基礎電信企業(yè)將迎來實現(xiàn)網絡價值新增長的歷史機遇。根據有關預測,未來5年,中國市場的連接數(shù)有望突破100億,市場規(guī)模預計將達到萬億元量級?;谝陨闲袠I(yè)背景,中國移動聚焦物聯(lián)網重點行業(yè),計劃在多個城市開展蜂窩物聯(lián)網建設,做大連接規(guī)模,保持行業(yè)領先地位。

        [1] 戴國華, 余駿華. NB-IoT產生背景、標準發(fā)展以及特性和業(yè)務研究[J]. 移動通信,2016,40(7):31-36.

        [2] 曹鐘慧. 運營商角度的物聯(lián)網技術發(fā)展應用淺析[J]. 移動通信,2016,40(15):30-35.

        [3] 秦敏, 劉寧, 趙飛. 淺析物聯(lián)網發(fā)展對通信的影響[J]. 通信設計與應用,2016,23(4):102-102.

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