試論低速率物聯網蜂窩通信技術的發展趨勢

肖志豪

【摘要】 物聯網構成中，低速率占據主體地位。低速率蜂窩技術具有功耗少、成本低等特點，文章闡述了低速率物聯網蜂窩技術的類型、技術條件、部署規則以及具體的應用過程。采用低速率蜂窩技術Cat.M和NB-IoT相互對比的方式進行闡述。

【關鍵詞】 低速率 物聯網 蜂窩通信技術

LT-MTC是網絡發展的一種先進模式，優于GSM和WCDMA。隨著物聯網的快速發展，互聯網應用與先進網絡制式的結合已經成為一種必然。我國移動通信網絡正從3G轉向4G，并且已經有多個國家提出了2G/3G退網計劃，物聯網網絡制式的更新成為一種必然。

一、物聯網應用向LTE-MTC方向發展

蜂窩技術在全球范圍內掀起了浪潮，我國廣泛使用這一技術是在2015年，并且預計未來5-10年內，蜂窩技術將在智能安防、智能交通和智能電力等多個領域發揮積極作用，由此而帶來的經濟效益將大幅度增長。但目前這一技術的標準尚未統一，因此而衍生的物聯網業務主要為Cat.M和NBIoT。隨著CatM和NB-IoT技術的應用和發展，4G網的市場份額將大幅度提升。預計從今年起，我國的低速率蜂窩技術將逐漸替代以往的網絡技術，或者與其他技術之間相互配合，但蜂窩技術在多個領域中將占據重要地位。同時，Cat.M和NB-IoT技術的實現也是物聯網低速率的特征。

二、Cat.M與NB-IoT技術形式對比

Cat.M和NB-IoT是目前主流市場的兩種不同的低速率物聯網蜂窩通信技術。二者的共同點是都屬于低速率鏈接范疇，且通過3GPP-R13定義。筆者根據兩種技術的特點和效果等方面進行了具體的分析。

1、技術背景對比。Cat.M是我國首次出現的低速率蜂窩技術，是由3GPP公司于2014年9月開發，該技術的開發宗旨就是實現低功率信息傳輸。Cat.M技術發展穩定，但成就并不明顯。隨著華為進軍低速率物聯網行業，NB-IoT開始呈現在人們面前，并且華為的NB-IoT迅速崛起，在物聯網行業名聲大噪。伴隨著蜂窩窄帶技術的出現，低速率蜂窩通信技術得到了更多的關注，它標志著蜂窩通信技術轉變為“平民化”技術的開始。

2、標準進展。NB-IoT與Cat.M通信技術標準包括三個部分，分別為主體功能標準、性能標準和一致性測試標準。主體功能標準是所有標準的核心，涵蓋了低速率蜂窩技術實現的所有網絡協議，是設計師研發的重點。性能標準涉及技術領域，是指低速率蜂窩技術所用的設備要達到相關標準，主要體現在測試中。另外，設備運行還需要遵從一致性標準，是指某些功能要保持一致，才能確保其正常運行。Cat.M與NB-IoT相比，凍結時間點上有所不同。Cat.M主體功能凍結于2016年3月，而NB-IoT主體技術凍結于當年6月，也就是說Cat.M的發展要先于NB-IoT。其它標準的凍結時間二者基本沒有差異，均可以達到相關標準。生廠商在依據相關技術的前提下，逐漸設計了低速率蜂窩通信技術的芯片和模型，2016年，完整的Cat.M相通信研發版本出現。但無論實現哪種技術都存在一定的困難。Cat.M器件不全已經成為業界的共識，由于無法提供技術支撐，該技術多數時間是處于理論中，而在華為的強勢進入市場后，NB-IoT芯片的發展和革新速度明顯提高。未來一段時間內，NB-IoT極有可能成為3GPP標準凍結的引領者，成為蜂窩通信技術的標志性技術。

3、技術參數對比。Cat.M和NB-IoT屬于兩種完全不同的技術形式，在帶寬需求、網絡覆蓋和速率等方面均存在差異。其中， Cat.M帶寬為1.4MHZ， NB-IoT為200kHz。不同的帶寬支持不同的數據傳播，進而影響網絡部署方式，這也使得Cat.M和NB-IoT無論是在內部技術支撐上還是外部表現上均不同。雖然華為和它的NB-IoT發展迅速，但在傳輸效率上依然是后者較高。另外，Cat.M的外界影響因素較多，可以通過與M2M的連接來提高和改進。速率的差異是導致二者應用場景不同的主要原因。在覆蓋增強方面，NB-IoT采用窄寬帶輸出模式，比Cat.M的功耗更低，且實現了網絡信息傳播的多樣性。最后，在整個物聯網使用過程中，最應關注的參數為定位能力和移動性，二者之間相互對應。但無線資源管理對RM實施分段管理。Cat.M具有較好的移動性，可以在一定的速率下完成切換，而NB-IoT則很難實現。二者的應用領域也有所不同，通常不只是連接態切換。目前，NB-IoT只能應用于普通的網絡，對于移動性較強的物聯網開發則并不適應。

4、網絡部署及成本。由于兩種技術均處于發展中，因此網絡部署僅處于理論階段。目前尚不能明確的評價哪種方案具有優勢。但從成本上講，Cat.M是通過標準的LTE發展而來，需要改動的部分少，成本較低。而NB-IoT作為華為新的技術，一切從頭開始，在研究上、技術上都需要大量的成本。

總結：低速率物聯網蜂窩技術主要以Cat.M與NB-IoT為主，該技術實現了智能化、低功耗的物聯網通信時代。文章就兩種技術的背景、特點進行了分析。蜂窩技術的實現只需手機等終端設備即可完成。我們有必要相信，未來一段時間內，Cat.M與NB-IoT兩種甚至更多種低速率物聯網蜂窩通信技術將成為通信的主要手段。

參 考 文 獻

[1]趙靜.低速率物聯網蜂窩通信技術現狀及發展趨勢[J].熱點，2016（7）.

[2]周衛寧，劉友剛.移動互聯網發展技術與安全問題[J].科技傳播，2012（3）.