【導(dǎo)讀】目前,物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游都在大力推廣低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN),如NB-IoT、LoRa、SigFox以及RPMA等,種類(lèi)甚至比近距離通信技術(shù)還要多。不過(guò),在這些LPWAN技術(shù)中,工作在3GPP(Third GeneraTIonPartnership Project)授權(quán)頻譜的只有3 種,分別是eMTC,NB-IoT和EC-GSM-IoT。
這些授權(quán)頻段下的低功耗廣域網(wǎng)最大的優(yōu)勢(shì)是可以通過(guò)已有的站址進(jìn)行大規(guī)模覆蓋,那它們各自又有什么特點(diǎn)呢?
eMTC
覆蓋:比GPRS提升15dB
結(jié)點(diǎn)數(shù):?jiǎn)屋d波10萬(wàn)個(gè)
功耗壽命:5Wh電量下,至少10年
速率:上下行峰值 1Mbps
頻段:LTE
帶寬:1.08MHz
eMTC的全稱(chēng)是LTE enhancements for Machine Type CommunicaTIons。為了適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下海量的低成本低帶寬的終端接入,3GPP的專(zhuān)家組一方面保留了原有LTE協(xié)議對(duì)硬件環(huán)境的兼容性,另一方面針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的特殊應(yīng)用場(chǎng)景刪掉了高速傳輸?shù)炔槐匾母郊幽芰?,最終在LTE的基礎(chǔ)上裁剪、優(yōu)化得到了eMTC。
“eMTC”這一提法在3GPP發(fā)布的Release 13中被正式確定,在此前的版本中曾被稱(chēng)為L(zhǎng)ow-Cost MTC和LTE-M(即LTE-Machine-to-Machine)。未來(lái)eMTC還會(huì)根據(jù)技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展隨著LTE協(xié)議族共同演進(jìn)。
在Release 13中定義的eMTC支持1.08MHz的
射頻和基帶帶寬,比GPRS的覆蓋范圍提升了15dB,每個(gè)載波最多可以支持10萬(wàn)個(gè)設(shè)備連接,并且可以直接接入現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò),同時(shí)兼容FDD和TDD兩種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。更重要的是,由于兼容LTE,eMTC還可以支持VoLTE(Voice Over LTE)語(yǔ)音技術(shù),未來(lái)或許將被應(yīng)用到各種智能硬件之中。
此外,eMTC還支持上下行最大1Mbps的峰值速率,遠(yuǎn)超GPRS、NB-IoT以及LoRa等其他技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。而且,為了適用于物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景,兼容eMTC協(xié)議的終端模塊還被要求能夠在5Wh的電量下待機(jī)超過(guò)10年,并且目標(biāo)成本要求控制在1~2美金之間,在功耗和成本上針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用做了充分的考量。
今年1月,韓國(guó)KT電信集團(tuán)已經(jīng)聯(lián)手諾基亞完成了eMTC標(biāo)準(zhǔn)的首次試運(yùn)行。
NB-IoT
覆蓋:比GPRS提升20dB
結(jié)點(diǎn)數(shù):?jiǎn)屋d波20萬(wàn)個(gè)
功耗壽命:5Wh電量下,10年
速率:下行峰值250Kbps;上行單通道峰值20Kbps,多通道250Kbps
頻段:LTE,LTE邊緣,獨(dú)立頻段(例如GSM)
帶寬:180KHz
NB-IoT的全稱(chēng)是Narrow Band Internet of Things。相對(duì)于eMTC而言,其主要特點(diǎn)是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行了更深入的優(yōu)化,在保證通信的同時(shí)進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。
NB-IoT針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的深度優(yōu)化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一個(gè)是增加了覆蓋率,一個(gè)是提升了系統(tǒng)容量。根據(jù)3GPP的介紹,NB-IoT通過(guò)降低編碼率大幅提高了系統(tǒng)的解調(diào)效率,而且降低了單一設(shè)備的信號(hào)發(fā)射功率(協(xié)議規(guī)定最大為200mW,5Wh的電量下要求至少待機(jī)10年),降低了上傳和下載的最高速率水平(上傳和下載速率最高只能達(dá)到250Kbps),整體上比GPRS的覆蓋范圍增加了20dB,每個(gè)載波最多可以支持20萬(wàn)個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接。除此之外,根據(jù)容量需求,NB-IoT還可以通過(guò)增加更多載波的方式來(lái)擴(kuò)大系統(tǒng)承載規(guī)模,具備利用單一基站一次性支持?jǐn)?shù)百萬(wàn)個(gè)物聯(lián)網(wǎng)連接的能力。
部署方式上,NB-IoT并不像eMTC那樣單純基于LTE,而是同時(shí)支持三種不同的部署方式。第一種是Standalone,這種方式使用一段獨(dú)立的頻帶,優(yōu)點(diǎn)是不會(huì)形成干擾,簡(jiǎn)單直接。第二種是Guard Band,利用LTE頻帶邊緣的保護(hù)頻段,優(yōu)點(diǎn)是不需要獨(dú)立頻帶,缺點(diǎn)是信號(hào)強(qiáng)度較弱,而且容易與LTE系統(tǒng)發(fā)生干擾。第三種是In Band,即直接使用一段LTE頻帶的空閑波段,完全兼容于LTE。
之所以NB-IoT擁有如此復(fù)雜的部署方式,源于其本身復(fù)雜的出身。NB-IoT的技術(shù)來(lái)源主要包括兩個(gè)部分:一個(gè)是由諾基亞、愛(ài)立信和英特爾等公司提出的NB-LTE(Narrowband-LTE)技術(shù),另一個(gè)是華為和沃達(dá)豐(Vodafone)提出的NB-CIoT(Narrowband Cellular IoT)技術(shù)。前者是基于LTE技術(shù)的簡(jiǎn)化,可以與現(xiàn)行的LTE標(biāo)準(zhǔn)兼容;而后者幾乎是一個(gè)重新的設(shè)計(jì),完全基于物聯(lián)網(wǎng)專(zhuān)門(mén)定制。在2015年9月的討論會(huì)議上,NB-CIoT和NB-LTE兩種技術(shù)達(dá)成了統(tǒng)一,即今天的NB-IoT。
在國(guó)內(nèi),華為是NB-IoT標(biāo)準(zhǔn)的主要推動(dòng)者。2015年底,華為聯(lián)合主流運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備廠(chǎng)商、芯片廠(chǎng)商和相關(guān)國(guó)際組織在內(nèi)的21家產(chǎn)業(yè)巨頭,在香港成立了GSMA NB-IoT Forum產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,其中有六家運(yùn)營(yíng)商成員還宣布,將聯(lián)合華為在全球成立六個(gè)NB-IoT開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室,聚焦NB-IoT領(lǐng)域的研發(fā)和驗(yàn)證。目前中國(guó)聯(lián)通已經(jīng)在上海建成了全球首個(gè)NB-IoT的技術(shù)示范點(diǎn)。
EC-GSM-IoT
覆蓋:相比普通GPRS,在33dBm功率水平下,提升20dB
結(jié)點(diǎn)數(shù):?jiǎn)位?萬(wàn)個(gè)結(jié)點(diǎn)
功耗壽命:5Wh電量下,至少10年
速率:GMSK調(diào)制下達(dá)到70-350Kbps的上下行峰值;8PSK調(diào)制方式下達(dá)到240Kbps上下行峰值
頻段:GSM
帶寬:?jiǎn)瓮ǖ?00KHz,典型系統(tǒng)總帶寬2.4MHz
EC-GSM-IoT全稱(chēng)為Extended Coverage-GSM-IoT。從名字可以看出,EC-GSM-IoT和GSM網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)有這緊密的聯(lián)系,它是GSM的延伸技術(shù),它可以直接利用GSM的基站來(lái)進(jìn)行通信。
按照3GPP的說(shuō)明,EC-GSM-IoT在GMSK的調(diào)制方式下可以達(dá)到70-350kbps的上下行速率,8PSK調(diào)制下的速率則可以達(dá)到240kbps。3GPP同樣要求符合EC-GSM-IoT標(biāo)準(zhǔn)的終端模塊能夠在5Wh的電量下至少待機(jī)10年。EC-GSM-IoT的單基站容量最多可以達(dá)到5萬(wàn)個(gè)結(jié)點(diǎn),相比普通GPRS,在33dBm功率水平下的覆蓋范圍提升了20dB,這一點(diǎn)與NB-IoT相當(dāng)。
此外,為了更適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用,相對(duì)于原有的GSM技術(shù),3GPP的專(zhuān)家組還增強(qiáng)了EC-GSM-IoT標(biāo)準(zhǔn)的身份認(rèn)證、完整性校驗(yàn)、密保強(qiáng)度和設(shè)備識(shí)別能力等一系列的安全特性。
EC-GSM-IoT理論上完全兼容于現(xiàn)有的GSM,現(xiàn)有的GSM基站只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的軟件升級(jí)就可以適用于符合EC-GSM-IoT標(biāo)準(zhǔn)的智能設(shè)備,因此部署起來(lái)相對(duì)容易。
2016年2月,愛(ài)立信聯(lián)合法國(guó)Orange電信和英特爾共同建成了全球首個(gè)EC-GSM-IoT技術(shù)示范點(diǎn)。在隨后的MWC 2016上,愛(ài)立信還專(zhuān)門(mén)展示了自家的EC-GSM-IoT技術(shù)范例。
總結(jié)
可以說(shuō),這三種低功耗廣域網(wǎng)都各有優(yōu)缺點(diǎn):基于LTE的eMTC,上下行速率可以達(dá)到1Mbps,速度最快;而NB-IoT,上下行速率可以達(dá)到250Kbps,適用于分布廣泛、類(lèi)別龐雜、通信需求不高的各種底層智能設(shè)備;基于GSM的EC-GSM-IoT,上下行速率與NB-IoT相當(dāng),最便于部署和推廣。但與此同時(shí),市場(chǎng)上的一些非授權(quán)頻段的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也在逐漸崛起,如LoRa、SigFox以及RPMA等,不少企業(yè)各自為政,因此物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域廣域網(wǎng)的搭建或許很難在短期內(nèi)形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。