運營商蜂窩物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)探討

摘要：物聯(lián)網(wǎng)市場需求巨大，技術(shù)競爭激烈，低功耗、廣覆蓋、低成本、低速率類的業(yè)務(wù)已成為新增市場主力，但現(xiàn)有技術(shù)方案難以滿足此類業(yè)務(wù)的需求，NB-IoT和eMTC應(yīng)運而生，以低功耗、低成本、大連接、大覆蓋的優(yōu)勢克服了傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)的碎片化問題，成為了全球的共識，國內(nèi)外運營商對NB-IoT與eMTC關(guān)注均較高。關(guān)鍵詞：蜂窩物聯(lián)網(wǎng)，NB-IoT，eMTC一、引言物聯(lián)網(wǎng)是在物理世界中部署具有感知、計算和執(zhí)行能力的各種信息傳感設(shè)備，通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)施實現(xiàn)信息傳輸、協(xié)同和處理，從而實現(xiàn)人與物、物與物之間的高效互聯(lián)。物聯(lián)網(wǎng)市場需求巨大，至2020年物聯(lián)網(wǎng)總連接將達到300億，亞太將成為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展主戰(zhàn)場。但物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨多方面的挑戰(zhàn)，如建設(shè)成本高、設(shè)備功耗敏感、安全鏈接、網(wǎng)絡(luò)運營難、跨領(lǐng)域技術(shù)繁雜等。蜂窩物聯(lián)網(wǎng)是基于移動網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的用于低功耗、大連接的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，未來幾年蜂窩物聯(lián)網(wǎng)亦將持續(xù)高速增長，以NB-IoT和eMTC為代表的新蜂窩物聯(lián)網(wǎng)承載技術(shù)在低功耗、廣覆蓋、低成本、低速率類的業(yè)務(wù)中扮演著重要角色。中國電信借助800M低頻組網(wǎng)與4GLTE同步部署的優(yōu)勢，于2017年中旬建成全球首個覆蓋全國的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)；中國移動發(fā)布的大連接戰(zhàn)略，計劃2020年連接總量超過17.5億，2017年5月啟動試商用，年底實現(xiàn)全國范圍全面商用；中國聯(lián)通加快推進eMTC試商用，2018年實現(xiàn)全國規(guī)模升級。二、關(guān)鍵技術(shù)2.1關(guān)鍵技術(shù)一：超強覆蓋覆蓋增強功能是NB-IoT和eMTC的基本功能，大多數(shù)的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)都需要網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋和廣域覆蓋能力。NB-IoT深度覆蓋能力主要來源于NB-IOT技術(shù)天然的窄帶優(yōu)勢，可通過采用窄帶收發(fā)技術(shù)，獲得更高的功率譜密度（PSD）增益，另通過重傳技術(shù)獲得時間分集增益，以增強覆蓋，獲得額外增益。eMTC部分信道做了重新設(shè)計，以適應(yīng)窄帶特性，增加重復(fù)發(fā)送，來提升覆蓋能力，另eMTC支持時域上在不同窄帶間跳頻，可通過發(fā)送頻率的變化增加干擾隨機性，提升分集接收的效果，增加分集增益。NB-IoT比GPRS或LTE覆蓋增強20dB+，一個基站可以提高10倍的面積覆蓋，相當(dāng)于性能提升了100倍，很好實現(xiàn)廣域覆蓋，就算在地下車庫、地下室、地下管道及深度密閉的室內(nèi)等信號難以到達的場所也能覆蓋到。2.2關(guān)鍵技術(shù)二：超低功耗引入兩種節(jié)電技術(shù)PSM和eDRX，通過減少不必要的信令，以及在PSM狀態(tài)時不接收尋呼信息來達到省電降耗，可單獨使用，亦可組合使用。電池續(xù)航時間可達十年，不需要充電操作。2.3關(guān)鍵技術(shù)三：超低成本基于協(xié)議棧簡化、發(fā)射功率降低、采樣率低等因素，終端芯片復(fù)雜度降低，高集成度設(shè)計，模組價格目標(biāo)可低至2美元。NB-IoT和eMTC基于蜂窩網(wǎng)絡(luò)，可直接部署于現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)、UMTS網(wǎng)絡(luò)或LTE網(wǎng)絡(luò)，運營商部署速度快，成本亦較低。2.4關(guān)鍵技術(shù)四：超大連接NB-IoT比eMTC擁有更高的頻譜效率，更少的重復(fù)次數(shù)，更小的調(diào)度粒度，更多的并發(fā)用戶，支持每小區(qū)5萬個鏈接，比現(xiàn)有無線技術(shù)提高50-100倍的接入數(shù)。三、優(yōu)勢與互補NB-IoT和eMTC均為基于LTE系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為針對物聯(lián)網(wǎng)需求進行優(yōu)化的技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)類似，但技術(shù)優(yōu)化程度不同，NB-IoT優(yōu)化程度更深，可與LTE獨立/深度融合，eMTC為局部優(yōu)化，是LTE的增強功能，兩者代價不同，最終性能也有所差異。NB-IoT側(cè)重在廣覆蓋、低成本、長續(xù)航和大連接，擁有覆蓋、成本、功耗及容量優(yōu)勢；eMTC側(cè)重于滿足語音業(yè)務(wù)、中帶寬速率、移動性的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求，擁有語音、吞吐量、移動性和時延優(yōu)勢，NB-IoT和eMTC具有互補性，將面向不同的細分市場。NB-IoT成本高效、時延不敏感、低數(shù)據(jù)量、超強覆蓋，主要應(yīng)用于能源監(jiān)測、公用設(shè)施、環(huán)境監(jiān)測、智慧農(nóng)業(yè)等；eMTC高可靠性、時延敏感；主要應(yīng)用于樓宇安防、老人護理、資產(chǎn)跟蹤、穿戴設(shè)備、智能追蹤、移動支付等。NB-IoT和eMTC面向了5G的海量連接場景，是未來走向5G物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)。四、結(jié)束語聚焦典型應(yīng)用，如智能抄表、智能停車、智能家居、物流追蹤、智能穿戴、智慧城市、智能樓宇、智慧家庭等領(lǐng)域，對廣覆蓋、低功耗、低成本的需求非常明