運營商蜂窩物聯網NB-IoT及eMTC的部署策略探討

吳杰+程偉+梁月

【摘要】 蜂窩物聯網因其巨大應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技術的發展背景，給出了NB-IoT及eMTC技術方案的亮點與區別，并結合運營商對蜂窩物聯網的部署方案研究。

【關鍵詞】 NB-LOT eMTC LPWA 運營商 物聯網

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，萬物互聯是必然趨勢。然而當前的4G網絡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，移動蜂窩網絡具備廣覆蓋、可移動以及大連接數等特性，能夠帶來更加豐富的應用場景，理應成為物聯網的主要連接技術。作為LTE的演進型技術，4.5G除了具有高達1Gbps的峰值速率，還意味著基于蜂窩物聯網的更多連接數，支持海量M2M連接以及更低時延，將助推高清視頻、VoLTE以及物聯網等應用快速普及。蜂窩物聯網正在開啟一個前所未有的廣闊市場。

二、高、中、低速物聯網業務及對應的接入技術

物聯網業務按速率可分為高、中、低三類，適用不同的無線接入技術去承載，如下圖1所示。

移動運營商現網物聯網業務規模尚小，主要利用2G網絡提供接入管道，部分采用4G網絡。而eMTC和NB-IoT可以很大程度復用現在FDD-LTE和TDD-LTE的網絡基礎設施。因此通過做小量設備投資，原有網絡就可以對未來的Cat-NB1和Cat-M1進行支持，并不需要重新建一張網，這樣可以大量減少網絡建設和運維的成本。

三、蜂窩物聯網技術NB-IoT及eMTC分析

3.1 NB-IoT及eMTC四大共同亮點

一是廣覆蓋，將提供改進的室內覆蓋，在同樣的頻段下，NB-IoT及eMTC比現有的網絡增益15dB-20dB，極大地提升了LTE網絡的深度覆蓋能力；二是具備支撐海量連接的能力，一個扇區能夠支持10萬個連接，支持低延時敏感度、超低的設備成本、低設備功耗和優化的網絡架構；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區別

相比而言，同是基于LTE技術的eMTC協議卻適應更高的連接速率。eMTC是3GPP很早就制定的一條技術路線，目前eMTC是定義高速率連接應用，從LTE的Cat3到Cat9、Cat12等不同高低速率都會存在應用，這會將與NBIoT的發展成互補之勢。

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。現在物聯網市場應用不需要那么高的網絡速率，其實有幾十KB就夠了，類似無線抄表的應用，就是通過無線連接，配上傳感器來采集數據，這對連接速率的要求不高，而速率高了，整個應用成本也就上去了，這會對芯片、模塊的設計要求也會增加，NB-IoT在縮減成本的同時，同樣可以簡化產品設計的難度。

目前來看，根據物聯網應用狀態發一些控制命令，這些低速率的連接標準就能夠滿足市場應用。未來NB-IoT標準在Cat M、Cat1等低速率的應用會占據大部分市場應用，同時也會在高速率層面的展開應用。

此外，從網絡層面來講，NB-IoT和eMTC都是基于LTE技術，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未來在不同的地區的市場會有不同發展形勢，當然NB-IoT功耗更低、帶寬更小、成本更低，NB-IoT的應用優勢將會更好。

四、運營商部署策略

基于上述NB-IoT標準優勢和市場應用趨勢，可以看到NB-IoT的商用條件已經成熟，整個產業鏈也將“一觸即發”，從運營商、設備商、芯片廠商以及終端廠商都在為商用“備戰”，其中國內三大運營商顯得相對激進。

在NB-IoT標準凍結之后，中國電信啟動800M頻段重耕；中國聯通今年計劃在超過5個城市啟動基于900MHz、1800MHz的NB-IoT外場規模組網試驗及業務示范；中國移動今年安排專項資金用于物聯網行業的芯片、模組、行業終端補貼，更是制定了2020年中國移動物聯網的目標是實現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，手機已經現實了人手一部，而物聯網方興未艾，預計到2020年有500億個終端連接到物聯網中，這是一個龐大的市場驅動。

目前，三大運營商都已經開啟對物聯網的補貼政策，NB-IoT產業鏈的發展也是圍繞運營商的節奏在展開。NBIoT需要接入公網運行，運營商上可以通過現有網絡進行升級，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的連接應用，當然這對其本身的CDMA網絡是沒有影響。NB-IoT的連接應用在網上會更傾向于與重耕新建的網絡頻段，重耕主要是將核心網和協議進行重新規劃應用，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：除了考物聯網接入技術標準本身的技術特性之外，會綜合考慮標準成熟度、現有頻段情況、設備升級改造或網絡建設難度、成本，及與其它重要技術制式的關系等。

TDD eMTC與NB-IOT的比較：eMTC與NB-IOT針對不同速率業務，并非相互替代關系。但在初期側重發展某種接入技術方式時，需考慮以下因素：

六、結束語

蜂窩物聯網NB-IoT及eMTC技術的出現，不僅給人們帶來了各種便利，而且推動了社會各項技術的快速發展；但就目前來看，蜂窩物聯網NB-IoT及eMTC技術在應用依然處在技術開發的初步發展階段，所以想要在相關領域較好的融入物聯網技術，還要不斷對其應用問題展開深入的研究。

參 考 文 獻

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

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

[3]趙明宇，嚴學強.SDN和NFV在5G移動通信網絡架構中的應用研究[J].移動通信，2015（14）：64-68.