運營商蜂窩物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT及eMTC的部署策略探討

吳杰+程偉+梁月

【摘要】 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)因其巨大應(yīng)用前景而收到運營商越來越廣泛的重視，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)方案的亮點與區(qū)別，并結(jié)合運營商對蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的部署方案研究。

【關(guān)鍵詞】 NB-LOT eMTC LPWA 運營商 物聯(lián)網(wǎng)

一、引言

移動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，萬物互聯(lián)是必然趨勢。然而當前的4G網(wǎng)絡(luò)在物與物連接上能力不足。事實上，相比藍牙、ZigBee等短距離通信技術(shù)，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)具備廣覆蓋、可移動以及大連接數(shù)等特性，能夠帶來更加豐富的應(yīng)用場景，理應(yīng)成為物聯(lián)網(wǎng)的主要連接技術(shù)。作為LTE的演進型技術(shù)，4.5G除了具有高達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)正在開啟一個前所未有的廣闊市場。

二、高、中、低速物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)及對應(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，適用不同的無線接入技術(shù)去承載，如下圖1所示。

移動運營商現(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。因此通過做小量設(shè)備投資，原有網(wǎng)絡(luò)就可以對未來的Cat-NB1和Cat-M1進行支持，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

一是廣覆蓋，將提供改進的室內(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，一個扇區(qū)能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、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，終端模塊的待機時間可長達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存在應(yīng)用，這會將與NBIoT的發(fā)展成互補之勢。

NB-IoT和eMTC最明顯的特點就是帶寬不一樣，NBIoT帶寬只有200KB，eMTC最低帶寬也有1.4M。現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)市場應(yīng)用不需要那么高的網(wǎng)絡(luò)速率，其實有幾十KB就夠了，類似無線抄表的應(yīng)用，就是通過無線連接，配上傳感器來采集數(shù)據(jù)，這對連接速率的要求不高，而速率高了，整個應(yīng)用成本也就上去了，這會對芯片、模塊的設(shè)計要求也會增加，NB-IoT在縮減成本的同時，同樣可以簡化產(chǎn)品設(shè)計的難度。

目前來看，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準就能夠滿足市場應(yīng)用。未來NB-IoT標準在Cat M、Cat1等低速率的應(yīng)用會占據(jù)大部分市場應(yīng)用，同時也會在高速率層面的展開應(yīng)用。

此外，從網(wǎng)絡(luò)層面來講，NB-IoT和eMTC都是基于LTE技術(shù)，LTE將來絕對是未來終端布局的一個方向。從大的方向來看，NB-IoT和eMTC未來在不同的地區(qū)的市場會有不同發(fā)展形勢，當然NB-IoT功耗更低、帶寬更小、成本更低，NB-IoT的應(yīng)用優(yōu)勢將會更好。

四、運營商部署策略

基于上述NB-IoT標準優(yōu)勢和市場應(yīng)用趨勢，可以看到NB-IoT的商用條件已經(jīng)成熟，整個產(chǎn)業(yè)鏈也將“一觸即發(fā)”，從運營商、設(shè)備商、芯片廠商以及終端廠商都在為商用“備戰(zhàn)”，其中國內(nèi)三大運營商顯得相對激進。

在NB-IoT標準凍結(jié)之后，中國電信啟動800M頻段重耕；中國聯(lián)通今年計劃在超過5個城市啟動基于900MHz、1800MHz的NB-IoT外場規(guī)模組網(wǎng)試驗及業(yè)務(wù)示范；中國移動今年安排專項資金用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的芯片、模組、行業(yè)終端補貼，更是制定了2020年中國移動物聯(lián)網(wǎng)的目標是實現(xiàn)50億的“大連接”。

對于三大運營商對NB-IoT的激進布局，從運營商的角度看，主要是因為人與人之間的通訊相對飽和了，手機已經(jīng)現(xiàn)實了人手一部，而物聯(lián)網(wǎng)方興未艾，預(yù)計到2020年有500億個終端連接到物聯(lián)網(wǎng)中，這是一個龐大的市場驅(qū)動。

目前，三大運營商都已經(jīng)開啟對物聯(lián)網(wǎng)的補貼政策，NB-IoT產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展也是圍繞運營商的節(jié)奏在展開。NBIoT需要接入公網(wǎng)運行，運營商上可以通過現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進行升級，也可以像中國電信重耕800M頻段一樣，將部分頻段拿來做NB-IoT的連接應(yīng)用，當然這對其本身的CDMA網(wǎng)絡(luò)是沒有影響。NB-IoT的連接應(yīng)用在網(wǎng)上會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)議進行重新規(guī)劃應(yīng)用，在建站的時候利用已有的頻段在空中接入這一塊利用起來，重新接入。

五、中國移動的具體部署分析

考慮因素：除了考物聯(lián)網(wǎng)接入技術(shù)標準本身的技術(shù)特性之外，會綜合考慮標準成熟度、現(xiàn)有頻段情況、設(shè)備升級改造或網(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，需考慮以下因素：

六、結(jié)束語

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)NB-IoT及eMTC技術(shù)的出現(xiàn)，不僅給人們帶來了各種便利，而且推動了社會各項技術(shù)的快速發(fā)展；但就目前來看，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)，還要不斷對其應(yīng)用問題展開深入的研究。

參 考 文 獻

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

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