NB-IoT 與eMTC的十輪鏖戰

　　伴隨移動(dòng)通信技術(shù)的不斷發(fā)展，全球物聯(lián)網(wǎng)即將迎來(lái)快速的發(fā)展。在國際運營(yíng)商中， AT&T、Verizon、KDDI、KPN、Orange、NTT DoCoMo、Telefonica、Telstra、Telus都先后開(kāi)展了eMTC的商用。

　　在我國，電信率先起跑，在確立了800MHz組網(wǎng)能力之后，一口氣要建成30萬(wàn)NB-IOT基站。聯(lián)通與Jasper簽訂雙排他協(xié)議，早早確定了NB-IOT作為發(fā)展方向。

　　而最早提出的中移動(dòng)，卻在NB-IoT 與eMTC之間徘徊不定，這之間的原因，主要是兩種制式各有所長(cháng)，而中移動(dòng)的TDD網(wǎng)絡(luò )決定了其決策上的糾結性。

　　本文就NB-IoT 與eMTC 的主要性能，在十個(gè)方面進(jìn)行了系統地梳理及詳細地分析，在十輪論戰過(guò)后，讓我們再重新審視中移動(dòng)的最佳決策應該是什么樣子的。

　　一、選擇戰場(chǎng)

　　在物聯(lián)網(wǎng)的建網(wǎng)中，有非常多的應用場(chǎng)景需要滿(mǎn)足，那么NB-IoT 與eMTC是在哪個(gè)場(chǎng)景下進(jìn)行PK的呢?主要有三個(gè)場(chǎng)景，我們依次來(lái)看一下。

　　物聯(lián)網(wǎng)應用可根據速率、時(shí)延及可靠性等要求，主要可分為三大類(lèi)：

　　場(chǎng)景一：低時(shí)延、高可靠性業(yè)務(wù)。該類(lèi)業(yè)務(wù)對吞吐率、時(shí)延或可靠性要求較高，其典型應用包含車(chē)聯(lián)網(wǎng)、遠程醫療等;

　　場(chǎng)景二：中等需求類(lèi)業(yè)務(wù)。該類(lèi)業(yè)務(wù)對吞吐率要求中等或偏低，部分應用有移動(dòng)性及語(yǔ)音方面的要求，對覆蓋與成本也有一定的限制，其典型業(yè)務(wù)主要有智能家防，可穿戴設備等;

　　場(chǎng)景三：LPWA(Low Power Wide Area)業(yè)務(wù)。LPWA業(yè)務(wù)的主要特征包括低功耗、低成本、低吞吐率、要求廣(深)覆蓋且所涉終端數量巨大，其典型應用包含抄表、環(huán)境監控、物流、資產(chǎn)追蹤等。

　　在以上各類(lèi)業(yè)務(wù)中，LPWA業(yè)務(wù)由于連接需求規模大，是全球各運營(yíng)商爭奪連接的主要市場(chǎng)。NB-IoT 與eMTC也主要是在這個(gè)戰場(chǎng)上進(jìn)行PK的。

　　二、戰敗了哪些對手

　　NB-IoT 與EMTC一路走來(lái)，是戰敗了哪些網(wǎng)絡(luò )制式，才走到最后的呢?

　　目前，存在多種可承載LPWA類(lèi)業(yè)務(wù)的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，如GPRS、LTE、LoRa、Sigfox等，但存在如下問(wèn)題：

　　1.終端續航時(shí)長(cháng)無(wú)法滿(mǎn)足要求，如：目前GSM終端待機時(shí)長(cháng)(不含業(yè)務(wù))僅20天左右，在一些LPWA典型應用如抄表類(lèi)業(yè)務(wù)中更換電池成本高，且某些特殊地點(diǎn)如深井、煙囪等更換電池很不方便。

　　2.無(wú)法滿(mǎn)足海量終端的應用需求，物聯(lián)網(wǎng)終端的一大特點(diǎn)就是海量，因此需要網(wǎng)絡(luò )能夠同時(shí)接入大量用戶(hù)，而現在針對非物聯(lián)網(wǎng)應用設計的網(wǎng)絡(luò )無(wú)法滿(mǎn)足同時(shí)接入海量終端的需求。

　　3.典型場(chǎng)景網(wǎng)絡(luò )覆蓋不足，例如深井、地下車(chē)庫等覆蓋盲點(diǎn)，室外基站無(wú)法實(shí)現全覆蓋。

　　4.成本高，對于部署物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)來(lái)說(shuō)，選擇LPWA的一個(gè)重要原因就是部署的低成本。智能家居應用主流通信技術(shù)是WiFi， WiFi模塊雖然本身價(jià)格較低，已經(jīng)降到了10元人民幣以?xún)攘?，但支持WiFi的物聯(lián)網(wǎng)設備通常還需無(wú)線(xiàn)路由器或無(wú)線(xiàn)AP做網(wǎng)絡(luò )接入、或只能做局域網(wǎng)通信。而蜂窩通信技術(shù)對于企業(yè)來(lái)說(shuō)部署成本太高，國產(chǎn)最普通的2G通信模塊一般在30元人民幣以上，而4G通信模塊則要200元人民幣以上。

　　5.傳輸干擾大，這主要針對的是非蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其基于非授權頻譜傳輸，傳輸干擾大，安全性差，無(wú)法確?？煽總鬏?。

　　上述幾點(diǎn)已經(jīng)成為阻礙LPWA業(yè)務(wù)發(fā)展的影響因素，與這些制式相比，NB-IoT 與EMTC優(yōu)勢較為明顯。

　　三、NB-IoT與eMTC的十年鏖戰

　　1.覆蓋

　　NB-IOT ：設計目標是在GSM 基礎上覆蓋增強20dB。以144 dB 作為GSM 的最大耦合路損，則NB-IoT 設計的最大耦合路損為164 dB。其中，其下行主要依靠增大各信道的最大重傳次數以獲得覆蓋上的增加。而在其通過(guò)上行覆蓋增強技術(shù)，盡管NB-IoT 終端上行發(fā)射功率(23 dBm)較GSM(33 dBm)低10 dB，其傳輸帶寬的變窄及最大重復次數的增加使其上行可工作在164 dB 的最大路損下。

　　eMTC：其設計目標是在LTE 最大路損(140 dB)基礎上增強15 dB 左右，最大耦合路損可達155 dB。該技術(shù)覆蓋增強主要依靠信道的重復，其覆蓋較NB-IoT 差9dB 左右。

　　總結來(lái)看，NB-IoT 覆蓋半徑約是GSM/LTE 的4 倍，eMTC覆蓋半徑約是GSM/LTE 的3 倍，NB-IoT 覆蓋半徑比eMTC 大30%。NB-IoT 及eMTC 覆蓋增強可用于提高物聯(lián)網(wǎng)終端的深度覆蓋能力，也可用于提高網(wǎng)絡(luò )的覆蓋率，或者減少站址密度以降低網(wǎng)絡(luò )成本等。

　　2.功耗

　　由于多數物聯(lián)網(wǎng)應用都由于地理位置或成本原因，存在終端不易更新的問(wèn)題，因此功耗，就對物聯(lián)網(wǎng)終端在特殊場(chǎng)景中能否商用，起到非常重要的作用了。

　　NB-IoT ：在3GPP 標準中的終端電池壽命設計目標為10 年。在實(shí)際設計中，NB-IoT 引入eDRX 與PSM 等節電模式以降低功耗，該技術(shù)采用了降低峰均比以提升功率放大器(PA)效率、減少周期性測量及僅支持單進(jìn)程等多種方案提升電池效率，以達到10 年壽命的設計預期。但在實(shí)際應用中，NB-IoT 的電池壽命與具體的業(yè)務(wù)模型及終端所處覆蓋范圍密切相關(guān)。

　　eMTC ：在較理想的場(chǎng)景下，電池壽命預期也可達10 年水平，其終端也引入了PSM 與eDRX 兩種節電模式，但是實(shí)際性能，還需后在不同場(chǎng)景中做進(jìn)一步評估、驗證。

　　3.模組成本

　　NB-IoT ：其采用更簡(jiǎn)單的調制解調編碼方式，以降低存儲器及處理器的要求;采用半雙工的方式，無(wú)需雙工器、降低帶外及阻塞指標等等一系列方法。在目前市場(chǎng)規模下，其模組成本可達5 美金以下，在今后市場(chǎng)規模擴大的情況下，規模效應有可能使其模組成本進(jìn)一步下降。具體金額及時(shí)間進(jìn)度，依賴(lài)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的速度而定。

　　eMTC ：其也在LTE 的基礎上，針對物聯(lián)網(wǎng)應用需求對成本進(jìn)行了一定程度的優(yōu)化。在市場(chǎng)初期的規模下，其模組成本可低于10 美金。

　　4.連接數

　　連接數是物聯(lián)網(wǎng)能夠進(jìn)行大規模應用的關(guān)鍵因素。

　　NB-IoT ：其在設計之初所定目標為5 萬(wàn)連接數/ 小區，根據初期計算評估，目前版本可基本達到要求。但是否可達到該設計目標取決于小區內各NB-IoT 終端業(yè)務(wù)模型等因素，需后續進(jìn)一步測試評估。

　　eMTC：其連接數并未針對物聯(lián)網(wǎng)應用做專(zhuān)門(mén)優(yōu)化，目前預期其連接數將小于NB-IoT技術(shù)，具體性能需后續進(jìn)一步測試評估。

　　5.后續需增強功能

　　定位功能：在NB-IoT技術(shù)的R13 版本中，為降低終端的功耗，在系統設計時(shí)，并未設計PRS 及SRS。因此，目前NB-IoT 僅能通過(guò)基站側E-CID 方式定位，精度較粗。當然，未來(lái)的升級中將進(jìn)一步考慮增強定位精度的特性與設計。

　　多播(multi-cast)功能 ：在物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中，基站有可能需要對大量終端同時(shí)發(fā)出同樣的數據包。在NB-IoT 的R13 版本中，無(wú)相應多播業(yè)務(wù)，在進(jìn)行該類(lèi)業(yè)務(wù)時(shí)需逐個(gè)向每個(gè)終端下發(fā)相應數據，浪費大量系統資源，延長(cháng)整體信息傳送時(shí)間。在R14 版本中，有可能對多播特性進(jìn)行考慮，以改善相關(guān)性能。

　　移動(dòng)性/ 業(yè)務(wù)連續性增強功能：R13 中NB-IoT 主要針對靜止/ 低速用戶(hù)設計、優(yōu)化，不支持鄰區測量上報，因此無(wú)法進(jìn)行連接態(tài)小區切換，僅支持空閑態(tài)小區重選。R14 階段會(huì )增強UE 測量上報功能，支持連接態(tài)小區切換。

　　6.對語(yǔ)音支持能力

　　對于標清與高清的VoIP 語(yǔ)音， 其語(yǔ)音速率分別為12.2kbps 與23.85 kbps。即全網(wǎng)至少需提供10.6 kbps 與17.7 kbps 的應用層速率，方可支持標清與高清的VoIP語(yǔ)音。

　　NB-IoT ：其峰值上下行吞吐率僅為67 kbps 與30 kbps，因此，在組網(wǎng)環(huán)境下，無(wú)法對語(yǔ)音功能進(jìn)行支持。

　　eMTC：其 FDD 模式上下行速率基本可滿(mǎn)足語(yǔ)音的需求，但從產(chǎn)業(yè)角度來(lái)看，目前支持情況有限，對于eMTC TDD 模式，由于上行資源數受到限制，其語(yǔ)音支持能力較eMTC FDD 模式弱。

　　7.移動(dòng)性管理

　　NB-IoT ：在R13 版本下，其連接態(tài)下無(wú)法進(jìn)行小區切換或重定向，僅能在空閑態(tài)下進(jìn)行小區重選。在后續版本中，產(chǎn)業(yè)界有可能針對某些垂直行業(yè)需求，提出連接態(tài)移動(dòng)性管理的需求。

　　eMTC：由于該技術(shù)是在LTE 基礎上進(jìn)行優(yōu)化設計，可支持連接態(tài)小區切換。

　　8.網(wǎng)絡(luò )部署對現網(wǎng)影響

　　網(wǎng)絡(luò )部署的難易程度，網(wǎng)絡(luò )組建成本恐怕是運營(yíng)商在決策過(guò)程中，最重要考慮的問(wèn)題。

　　NB-IOT：對于未部署LTE FDD的運營(yíng)商，NB-IOT 的部署更接近于全新網(wǎng)絡(luò )的部署，將涉及到無(wú)線(xiàn)網(wǎng)及核心網(wǎng)的新建或改造及傳輸結構的調整，同時(shí)，若無(wú)現成空閑頻譜，則需對現網(wǎng)頻譜(通常為GSM)進(jìn)行調整(Standalone 模式)。因此，實(shí)施代價(jià)相對較高。

　　而對于已部署LTE FDD 的運營(yíng)商，NB-IoT 的部署可很大程度上利用現有設備與頻譜，其部署相對簡(jiǎn)單。但無(wú)論是依托那種制式進(jìn)行建設，都需要獨立部署核心網(wǎng)或升級現網(wǎng)設備。

　　eMTC：若在現網(wǎng)已部署4G 網(wǎng)絡(luò )，在該基礎上再部署eMTC 網(wǎng)絡(luò )，在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)方面，可基于現有4G網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行軟件升級，在核心網(wǎng)方面，同樣可通過(guò)軟件升級實(shí)現。

　　9.業(yè)務(wù)模式

　　NB-IoT ：其在覆蓋、功耗、成本、連接數等方面性能占優(yōu)，但無(wú)法滿(mǎn)足移動(dòng)性及中等速率要求、語(yǔ)音等業(yè)務(wù)需求，比較適合低速率、移動(dòng)性要求相對較低的LPWA 應用;

　　eMTC ：其在覆蓋及模組成本方面目前弱于NB-IoT，但其在峰值速率、移動(dòng)性，語(yǔ)音能力方面存在優(yōu)勢，適合于中等吞吐率、移動(dòng)性或語(yǔ)音能力要求較高的物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景。運營(yíng)商可根據現網(wǎng)中實(shí)際應用選擇相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行部署。

　　因此，一直有專(zhuān)家秉持eMTC網(wǎng)絡(luò )下，應用場(chǎng)景更加豐富，應用與人的關(guān)系更加直接，相對來(lái)說(shuō)，其ARPU值也就更高的觀(guān)點(diǎn)。

　　10. NB-IoT 與eMTC性能小結

　　結束

　　現在來(lái)看，中移動(dòng)的選擇，對我國物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展非常關(guān)鍵。一方面中移動(dòng)苦于FDD牌照發(fā)放時(shí)間的不確定性，以及建設NB-IOT網(wǎng)絡(luò )的成本遠高于另外兩家，而遲遲下不了決心;另一方面有國際運營(yíng)商加持的eMTC，又的確有獨特的優(yōu)勢，但是兩種制式帶來(lái)的規模體量沒(méi)有達到預期，會(huì )使芯片、模組價(jià)格居高不下，進(jìn)一步不利于產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　這都讓中移動(dòng)難以下決心選擇，因為一旦選擇錯誤，機會(huì )成本與網(wǎng)絡(luò )成本都是十分巨大的。