运营商蜂窝物联网NB-IoT及eMTC的部署策略探讨

吴杰+程伟+梁月

【摘要】 蜂窝物联网因其巨大应用前景而收到运营商越来越广泛的重视，本文介绍了NB-IoT及eMTC技术的发展背景，给出了NB-IoT及eMTC技术方案的亮点与区别，并结合运营商对蜂窝物联网的部署方案研究。

【关键词】 NB-LOT eMTC LPWA 运营商 物联网

一、引言

移动通信正在从人和人的连接，向人与物以及物与物的连接迈进，万物互联是必然趋势。然而当前的4G网络在物与物连接上能力不足。事实上，相比蓝牙、ZigBee等短距离通信技术，移动蜂窝网络具备广覆盖、可移动以及大连接数等特性，能够带来更加丰富的应用场景，理应成为物联网的主要连接技术。作为LTE的演进型技术，4.5G除了具有高达1Gbps的峰值速率，还意味着基于蜂窝物联网的更多连接数，支持海量M2M连接以及更低时延，将助推高清视频、VoLTE以及物联网等应用快速普及。蜂窝物联网正在开启一个前所未有的广阔市场。

二、高、中、低速物联网业务及对应的接入技术

物联网业务按速率可分为高、中、低三类，适用不同的无线接入技术去承载，如下图1所示。

移动运营商现网物联网业务规模尚小，主要利用2G网络提供接入管道，部分采用4G网络。而eMTC和NB-IoT可以很大程度复用现在FDD-LTE和TDD-LTE的网络基础设施。因此通过做小量设备投资，原有网络就可以对未来的Cat-NB1和Cat-M1进行支持，并不需要重新建一张网，这样可以大量减少网络建设和运维的成本。

三、蜂窝物联网技术NB-IoT及eMTC分析

3.1 NB-IoT及eMTC四大共同亮点

一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT及eMTC比现有的网络增益15dB-20dB，极大地提升了LTE网络的深度覆盖能力；二是具备支撑海量连接的能力，一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本。

3.2 NB-IoT及eMTC区别

相比而言，同是基于LTE技术的eMTC协议却适应更高的连接速率。eMTC是3GPP很早就制定的一条技术路线，目前eMTC是定义高速率连接应用，从LTE的Cat3到Cat9、Cat12等不同高低速率都会存在应用，这会将与NBIoT的发展成互补之势。

NB-IoT和eMTC最明显的特点就是带宽不一样，NBIoT带宽只有200KB，eMTC最低带宽也有1.4M。现在物联网市场应用不需要那么高的网络速率，其实有几十KB就够了，类似无线抄表的应用，就是通过无线连接，配上传感器来采集数据，这对连接速率的要求不高，而速率高了，整个应用成本也就上去了，这会对芯片、模块的设计要求也会增加，NB-IoT在缩减成本的同时，同样可以简化产品设计的难度。

目前来看，根据物联网应用状态发一些控制命令，这些低速率的连接标准就能够满足市场应用。未来NB-IoT标准在Cat M、Cat1等低速率的应用会占据大部分市场应用，同时也会在高速率层面的展开应用。

此外，从网络层面来讲，NB-IoT和eMTC都是基于LTE技术，LTE将来绝对是未来终端布局的一个方向。从大的方向来看，NB-IoT和eMTC未来在不同的地区的市场会有不同发展形势，当然NB-IoT功耗更低、带宽更小、成本更低，NB-IoT的应用优势将会更好。

四、运营商部署策略

基于上述NB-IoT标准优势和市场应用趋势，可以看到NB-IoT的商用条件已经成熟，整个产业链也将“一触即发”，從运营商、设备商、芯片厂商以及终端厂商都在为商用“备战”，其中国内三大运营商显得相对激进。

在NB-IoT标准冻结之后，中国电信启动800M频段重耕；中国联通今年计划在超过5个城市启动基于900MHz、1800MHz的NB-IoT外场规模组网试验及业务示范；中国移动今年安排专项资金用于物联网行业的芯片、模组、行业终端补贴，更是制定了2020年中国移动物联网的目标是实现50亿的“大连接”。

对于三大运营商对NB-IoT的激进布局，从运营商的角度看，主要是因为人与人之间的通讯相对饱和了，手机已经现实了人手一部，而物联网方兴未艾，预计到2020年有500亿个终端连接到物联网中，这是一个庞大的市场驱动。

目前，三大运营商都已经开启对物联网的补贴政策，NB-IoT产业链的发展也是围绕运营商的节奏在展开。NBIoT需要接入公网运行，运营商上可以通过现有网络进行升级，也可以像中国电信重耕800M频段一样，将部分频段拿来做NB-IoT的连接应用，当然这对其本身的CDMA网络是没有影响。NB-IoT的连接应用在网上会更倾向于与重耕新建的网络频段，重耕主要是将核心网和协议进行重新规划应用，在建站的时候利用已有的频段在空中接入这一块利用起来，重新接入。

五、中国移动的具体部署分析

考虑因素：除了考物联网接入技术标准本身的技术特性之外，会综合考虑标准成熟度、现有频段情况、设备升级改造或网络建设难度、成本，及与其它重要技术制式的关系等。

TDD eMTC与NB-IOT的比较：eMTC与NB-IOT针对不同速率业务，并非相互替代关系。但在初期侧重发展某种接入技术方式时，需考虑以下因素：

六、结束语

蜂窝物联网NB-IoT及eMTC技术的出现，不仅给人们带来了各种便利，而且推动了社会各项技术的快速发展；但就目前来看，蜂窝物联网NB-IoT及eMTC技术在应用依然处在技术开发的初步发展阶段，所以想要在相关领域较好的融入物联网技术，还要不断对其应用问题展开深入的研究。

参 考 文 献

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

[2] 陈胜. 近距离无线通讯技术发展分析[J]. 电子技术与软件工程， 2015（3）： 49.

[3]赵明宇，严学强.SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用研究[J].移动通信，2015（14）：64-68.