运营商蜂窝物联网NB-IoT及eMTC的部署策略探讨
关于蜂窝物联网的两种制式emtc与nb-iot的详解
关于蜂窝物联网的两种制式emtc与nb-iot的详解长期以来，蜂窝物联网的两种制式eMTC与1.功耗低、终端续航时间长，目前2G终端待机时长仅20天左右，在一些LPWA典型应用如抄表类业务中，2G模块显然无法符合特殊地点如深井、烟囱等无法更换电池的应用要求。
而eMTC的耗电仅为2G Modem的1% ，终端待机可达10年。
2.海量连接，满足“大连接”应用需求，物联网终端的一大特点就是海量连接用户，现在针对非物联网应用设计的网络无法满足同时接入海量终端的需求，而eMTC支持每小区超过1万个终端。
3.典型场景网络覆盖不足，例如深井、地下车库等覆盖盲点，4G室外基站无法实现全覆盖。
而在广覆盖方面，eMTC比LTE 增强15dB（可多穿一堵墙），比GP4.成本有望不断降低，目前智能家居应用主流通信技术是WiFi，WiFi模块虽然本身价格较低，已经降到了10元人民币以内了，但支持WiFi 的物联网设备通常还需无线路由器或无线AP做网络接入、或只能做局域网通信。
2G通信模块一般在20元人民币以上，而4G通信模块则要150元人民币以上，相比之下eMTC 终端有望通过产业链交叉补贴，不断降低成本。
5.专用频段传输干扰小，相对非蜂窝物联网技术来说，eMTC基于授权频谱传输，传输干扰小，安全性较好，能够确保可靠传输。
不再新增系统带宽低于1.4MHz的eMTC终端类型；不再新增系统带宽高于200KHz的NB-IoT终端类型。
1.从技术层面两者的关系在峰值速率上，NB-IoT对数据速率支持较差，在200Kbps，而eMTC能够达到1Mbps；在移动性上来看，NB-IoT由于无法实现自动的小区切换，因此几乎不具备移动性，eMTC在移动性上表现更好；在语音上，NB-IoT不支持语音传输，而eMTC支持语音；在终端成本上，NB-IoT由于模组、芯片制式统一，现已降至5美元左右，但是eMTC目前的价格仍然偏高，且下降缓慢；在小区容量上，eMTC 没有进行过定向优化，难以满足超大容量的连接需求；在覆盖广深上，NB-IoT 覆盖半径比eMTC 大30%。
4-NB-IoT和eMTC覆盖能力浅析
NB-IoT和eMTC覆盖能力浅析中国移动通信研究院 李秋香、崔航、徐芙蓉、李新、杨光{liqiuxiang, cuihang, xufurong, lixin, yangguangyj}@1. 概述NB-IoT(Narrowband Internet of Things)和eMTC(Enhanced Machine-Type Communications)是3GPP针对低功耗广覆盖（LPWA，Low Power Wide Area）类业务而定义的新一代蜂窝物联网接入技术，主要面向低速率、低时延、超低成本、低功耗、广深覆盖、大连接需求的物联网业务。
NB-IoT和eMTC采用的技术手段有共性地方：例如覆盖增强和低功耗技术。
也有差异的地方：NB-IoT在物理层发送方式、网络结构、信令流程等方面做了简化，而eMTC是LTE的增强功能，主要在物理层发送方式上作了简化和增强。
覆盖增强是NB-IoT和eMTC的重要特性，NB-IoT提出了在GSM基础上增强20dB的覆盖目标，即MCL（Maximum Coupling Loss，最大耦合路损）要达到164dB。
主要通过提高功率谱密度、重复发送、低阶调制编制等方式实现；eMTC的MCL目标是155.7dB，即在LTE FDD基础上增强15dB，在TD-LTE上增强9dB左右，由于LTE不同信道的覆盖能力有所差别，不同信道的增强量有所差别。
本文首先分析NB-IoT、eMTC各物理信道的原理及特征，研究NB-IoT、eMTC覆盖增强方式，给出不同信道链路仿真结果及链路预算结果。
2. NB-IoT 和eMTC 物理信道简介2.1 NB-IoT 物理信道NB-IoT 目前只在FDD 有定义，终端为半双工方式。
NB-IoT 上下行有效带宽180KHz，下行采用OFDM，子载波带宽与LTE 相同，为15KHz ；上行有两种传输方式：单载波传输（Single tone）、多载波传输（Multi-tone），其中Single tone 的子载波带宽包括3.75KHz 和15KHz 两种，Multi-tone 子载波间隔15KHz，支持3、6、12个子载波的传输。
5G蜂窝物联网主流技术方案及演进探索
5G蜂窝物联网主流技术方案及演进探索摘要：现今，随着5G时代的来临，给物联网业务的飞速发展也带来了新的机遇，因此，要想尽早实现蜂窝物联网的规划与建设目标，就要对5G蜂窝物联网主流技术方案加大创新研究力度。
本文主要针对现阶段3GPP蜂窝物联网的主流技术方案的实施要点及演进方向进行着重阐述，旨在进一步促进5G蜂窝物联网主流技术的发展，同时也为相关的业内人士后期对于这方面的研究提供有价值的参考意见。
关键词：3GPP蜂窝物联网主流技术；方案优化；发展方向引言超高速率、超低时延和超大连接是5G物联网技术所具有的三大关键特征，其通过3GPP蜂窝物联网技术，可以促进eMBB、mMTC、URLLC三大场景产业的跨领域发展和产业融合，从而更好地提高经济社会的生产力和效率。
因此，要想进一步推动5G时代的更向前发展，就要对3GPP蜂窝物联网主流技术方案及其发展趋势进行深入分析。
1.5G网络特点分析大带宽、大连接、低时延、高可靠是第五代移动通信技术最显著的应用特征，其与4G通信技术相比，5G通信技术不仅可以满足人们语音通话以及收发视频等需求，而且对于促进物联网、虚拟现实以及人工智能技术的发展等也有着极大的作用。
例如，在在远程医疗领域中，医生通过5G网络所具有的低时延、高可靠特性可以顺利完成远程手术；而在新闻媒体领域中，5G的大连接特性则可为受众群体针对未来新闻，带来交互式、沉浸式的3D流媒体影像；相对，对于广大手机用户而言，5G所具有的大带宽特性，可以让人们感受到高效的通信速率，看起视频更方便快捷。
同时，其具有的低时延的特性还可以有效降低VR/AR设备成像带来的眩晕感，由此可见，5G时代的到来，不仅大大改变了人们的生产生活方式，而且也将通信技术推向了万物互联的新高度，因此，对5G蜂窝物联网主流技术方案及演进方向进行深入研究，很有必要。
2.3GPP蜂窝物联网主流技术方案分析2.1 NB-Io T/e MTCNB-Io T和e MTC是3GPP蜂窝物联网技术为满足LPWA业务，解决m MTC场景所制定的两种技术标准，其中前者具有较强的覆盖能力，其在模组成本方面也有着一定的优势，因此，一般在远程抄表和智能燃气表的应用领域中有着很高的利用率；而后者的应用功能与前者相比则更为突出，不仅具有较高的运行速率和可移动性，而且在定位、支持语音和LTE网络复用等方面也有着极强的功能，因此，其在智能物流和楼宇安防等应用领域中有着广泛的应用范围。
NBIoTLoRaeMTCSigfox及ZigBee的区别与对比
NBIoTLoRaeMTCSigfox及ZigBee的区别与对比NBIoT、LoRa、eMTC、Sigfox以及ZigBee是当前物联网行业中常见的无线通信技术和协议。
它们都具有各自独特的特点和应用领域。
本文将对它们的区别与对比进行详细介绍。
一、NBIoT窄带物联网（Narrowband Internet of Things，简称NBIoT）是一种低功耗、广域覆盖的无线通信技术。
它采用窄带通信技术，适用于大范围小数据量的物联网应用。
NBIoT具有以下特点：1. 低功耗：NBIoT设备可以长时间工作，延长设备电池寿命。
2. 宽覆盖：NBIoT可以实现广域覆盖，适用于城市、乡村等不同环境。
3. 大连接数：NBIoT可以同时连接大量设备，实现海量物联网设备的接入。
4. 低成本：NBIoT设备的制造成本较低，适用于规模化部署。
二、LoRa低功耗广域网络（Low Power Wide Area Network，简称LoRaWAN）是一种基于LoRa无线调制技术的物联网通信协议。
LoRa具有以下特点：1. 长距离传输：LoRa的通信距离较长，可以实现数公里的数据传输。
2. 低功耗：LoRa设备具有低功耗特性，适用于电力有限的物联网设备。
3. 宽带宽：LoRa具有较宽的带宽，可以支持多个设备同时通信。
三、eMTC增强型机器型号通信（Enhanced Machine-Type Communication，简称eMTC）是一种在蜂窝网络中实现物联网连接的技术。
eMTC具有以下特点：1. 高带宽：eMTC支持较高的数据传输速率，适用于对带宽要求较高的物联网应用。
2. 低延迟：eMTC的通信延迟较低，可满足实时性要求较高的物联网应用。
3. 高可靠性：eMTC在蜂窝网络环境下，通信稳定可靠。
四、SigfoxSigfox是一种低功耗广域物联网通信技术，采用超窄带无线调制技术。
Sigfox具有以下特点：1. 低功耗：Sigfox设备具有低功耗特性，适用于电池供电的物联网设备。
运营商部署NB-IoT网络关键性技术研究
代通信中对用户传输的信息进行预先的程序过滤，能够将不法分析利用通信技术发布的黄色和敏感信息进行过滤与智能识别，检查通信网络中存在的违法乱纪行为，消除安全隐患，确保通信的安全性。
同时对于通信用户，应该树立自我保护意识，熟练的掌握各种网络安全知识，了解国家有关通信网络使用安全法律法规，严于律己。
并合理的使用通信网络安全技术，保证通信的安全性，保证自身合法利益不受侵害。
三、结语现代科学技术的快速发展，使得普通人对现代通信技术的掌握程度提高，再加上现代攻击手段的不断演变和更新，网络安全隐患彻底清除掉。
因此，应对现代通信网络系统进行实时的监测，并逐步形成现代通信网络安全防护体系，在对现代通信网络系统进行防护的同时，加强对网络的安全评估，充分发挥安全防护服务体系的优势，最大限度的降低网络安全隐患的出现，保证通信网络系统的稳定、安全的运行，实现经济与社会效益的最大化目标。
作者单位：广东和新科技有限公司运营商部署NB-IoT网络关键性技术研究文｜周腾，林光奇一、引言目前大众消费市场日趋饱和，导致运营商盈利增长趋缓，亟待寻求新的盈利增长点。
根据市场调研机构IDC 、Machina Research 、McKinsey 等报告测算，未来5～10年物联网（IoT ,Internet of Things ）连接数和市场规模将发生大规模井喷式发展，到2019年物联网连接将超过传统2G/3G/4G 连接数，2020年物联网全球市场规模500亿，中国市场突破100亿。
（见图1）因此，全球主流运营商将IoT 产业作为营收增长新引擎，不断加大投入进行研究验证。
例如，Vodafone 自建并运营了全球第三大M2M 平台（GDSP ），计划2019年实现M2MSIM 卡在全球90%以上区域的无缝漫游。
AT&T 已认证2600多种IoT 设备，联网IoT 设备约2500万台，过去2年IoT 用户数增加2.5倍，并重点布局物联网、物流跟踪管理、智慧电网等业务。
蜂窝物联网部署研究及其在5G网络下的关键技术
I互联网+应用nternet A pplication蜂窝物联网部署研究 及其在5G 网络下的关键技术□王浩年王家旭刘冰婷辽宁邮电规划设计院有限公司【摘要】随着智能城市、大数据时代的到来，无线通信将连接万物。
伴随着5G 技术的发展与5G 网络的大规模部署，"万物互联"的时代也即将来临。
蜂窝物联网（cellular I n t e r n e t o f t h i n g s )主要接入方式为蜂窝通信网络，是物联网的重要组成，包括现已广泛 商用的基于2G 、3G 、4G 的物联网，以及正在部署商用的窄带物联网（NB-l o T ，n a r r o w b a n d l o T )和增强机器类通信（eM T C，e n h a n c e d m a c h i n e -t y p e c o m m u n i c a t i o n ) 〇【关键词】蜂窝物联网e M T CN B -l o T5G序言蜂窝网络（Cellular network )经过多年的发展与建设， 现在已经成为各国移动通信网络架构的基础，其特点是覆盖 范围广泛，通信安全可靠性高。
根据高通公司的预测，预计到2025年，全球物联网连 接数量将突破50亿。
从可穿戴智能设备到智能抄表、从远 程医疗到车联网，物联网将涵盖智慧城市、智慧交通、智慧 农业、智慧医疗等生活的方方面面。
海量的智能终端设备将 会接入网络，而蜂窝网络将成为物联网的主要承载网络。
一、蜂窝物联网技术现状蜂窝物联网的网络结构包括物联网终端、网络、控制平 台和应用等四个层面，与传统物联网体系架构保持一致，如 图2.1所示。
终端是指能够通过无线方式接入到蜂窝网络的各种无线 物联网设备，比如车载联网设备、小型化的无人飞机、智能 医疗装置设备、工业使用智能机器人、无线监控设备、可穿 戴设备等等。
网络是指2G 、3G 、4G 、5G 等蜂窝网以及其他接入网。
NB-IoT基本原理与eMTC对比介绍
终端上报支持的能力，网络侧统一调度
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Single RAN G/U/L/NB IoT
1
NB IoT 新建
Gb/IuP S/S1/MI
Single EPC GU/L
MI 2 IoT EPC 3
行业终端
• 传感器接口 • 应用驻留
NB-IoT 模块
• 无线连接 • 软SIM • 传感器接口 • 应用驻留
基站
• 低成本站点解决方案 • 新空口支持Massive
IoT连接
1 重用站点基础设施，降低部署成本
核心网
• 移动性/安全/连接管理 • 无SIM卡终端安全接入 • 终端节能特性 • 时延不敏感终端适配 • 拥塞控制和流量调度 • 计费使能
2 支持接口优化，优化30%以上信令开销，支持终端节电和降成本。
3 基于CloudEdge平台优化的IoT专用核心网，可与现网组pool，降低每连接成本
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信道映射
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上行物理信道： PRACH和PUSCH
• PRACH使用3.75KHz载波，不同的覆盖等级下，使用不同的MCS(速率不同，扩频因子不同，重复次数） • PUSCH使用15KHz、3.75KHz或者15KHz与3.75KHz共存的方式
蜂窝物联网核心网部署及业务实现方案
蜂窝物联网核心网部署及业务实现方案王计艳;周维【摘要】分析了蜂窝物联网核心网的网络架构选择、功能特性,并根据网元特性对网元进行分类,确定网元部署原则;基于NB与eMTC的技术特性,重点分析了接入网元(MME和SGW)的部署方案,提出4种部署方案进行比较.此外,还对物联网数据业务、短信业务及语音业务的实现方案进行分析.经过多方案比较分析,对于MME和SGW,建议采用升级改造现网设备同时在部分省份新建NFV设备的方式进行建设.【期刊名称】《电信科学》【年(卷),期】2018(034)006【总页数】8页(P130-137)【关键词】蜂窝物联网;NB;eMTC;部署方案;业务实现【作者】王计艳;周维【作者单位】中国移动通信集团设计院有限公司,北京100080;中国移动通信集团设计院有限公司,北京100080【正文语种】中文【中图分类】TN915.02蜂窝物联网（cell-IoT，C-IoT）通常指基于蜂窝的物联网，广义上来讲包括所有基于移动蜂窝接入的物联网技术，包括2G/3G/4G物联网、NB-IoT（narrow band internet of things，窄带物联网）和eMTC（LTE enhanced machine-to-machine），其中2G/3G/4G物联网已有较为广泛的应用，核心网的部署方案也已成熟。
NB-IoT和eMTC是近年来新兴的物联网技术，本文重点分析基于NB-IoT和eMTC的核心网部署和业务实现方案。
本文所述的蜂窝物联网包括NB-IoT和eMTC两种技术，根据参考文献[1-3]，其核心网架构与4G EPC相同，均涉及移动管理实体（MME）、服务网关（SGW）、分组数据网网关（PGW）、归属签约用户服务器（HSS）、策略及计费控制单元（PCRF/SPR）等功能单元，网络架构如图1所示。
3GPP定义了R13给出的简化的网络架构，将原EPC的MME、SGW、PGW中的IoT所需的功能单独组合成为1个新的网元，即C-SGN，EPC原有的S11、S5/S8等接口全部变成网元内部交互，但从厂商实现上看，目前均采用现有4G EPC架构。
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运营商蜂窝物联网NB-IoT及eMTC的部署策略探讨
【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、V oLTE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”，?脑擞?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.。