物(wù)聯網，物(wù)物(wù)相(xiàng)連，無線技(jì)術(shù)的(de)迅速發展為(wèi)物(wù☆)體(tǐ)之間(jiān)的(de)信息互通(tōng)提供了(le)技(jì)術(shù)支撐，在物(wù)聯網的(de)普及過程中，無線技(jì)術(shù)将扮演著(zhe)越來(lá©i)越重要(yào)的(de)角色。本文(wén)通(tōng)過常見(jiàn)的(de)幾種LPWAN無線通(tōng)訊技(j∞ì)術(shù)(NB-IoT/eMTC/LoRa)對(duì)比，探討(tǎo)物(wù)聯網大(dà)勢下(xià)的(de)無線技(jì)術(shù)各自(zì)的(de)特點和(hé)應用δ(yòng)場(chǎng)景。

　　NB-IoT

　　NB-IOT全稱為(wèi)Narrow Band-Internet of Things，窄帶物(wù)聯網，NB-IOT屬于物(wù)聯網範∏疇的(de)一(yī)種技(jì)術(shù)。是(shì)由華為(wèi)主導，并已成為(wèi)3GPP标準的(de)LPWA技(jì)術(shù)。NB-IOT基于現(xi¥àn)有(yǒu)蜂窩網絡的(de)技(jì)術(shù)，可(kě)以通(tōng)過升級現(xiàn)網來(lái)快(kuài)速支持行(xíng)業(yè)市(shì)場(chǎ±ng)需求，成為(wèi)GUL網絡上(shàng)的(de)第四種模式。同時(shí)，NB-IOT還(há₩i)具有(yǒu)覆蓋廣(能(néng)覆蓋到(dào)地(dì)下(xià))、電(diàn)池壽命長(cháng)(超過十年(nián))、成本低(dī)(每α個(gè)模塊不(bù)足5美(měi)元)、容量大(dà)(單個(gè)小(xiǎo)區(qū)能(néng)支持10萬連接)四大(dà)能↑(néng)力。

技(jì)術(shù)優勢

　　NB-IoT具備四大(dà)特點:

　　一(yī)是(shì)廣覆蓋，将提供改進的(de)室內(nèi)覆蓋，在同樣的(de)頻(pín )段下(xià)，NB-IoT比現(xiàn)有(yǒu)的(de)網絡增益20dB，相(xiàng)當于提升了(le)1§00倍覆蓋區(qū)域的(de)能(néng)力;

　　二是(shì)具備支撐海(hǎi)量連接的(de)能(néng)力，NB-IoT一(yī)個(gè)扇區(qū)能(néng)夠支持10♦萬個(gè)連接，支持低(dī)延時(shí)敏感度、超低(dī)的(de)設備成本、低(dī)設備功耗和(hé)優化(huà)σ的(de)網絡架構;

      三是(shì)更低(dī)功耗，NB-IoT終端模塊的(de)待機(jī)時(shí)間≈(jiān)可(kě)長(cháng)達10年(nián);

　　四是(shì)更低(dī)的(de)模塊成本，企業(yè)預期的(de)單個(gè)接連模塊不(bù)超過5美(měi)元。

　　NB-IOT聚焦于低(dī)功耗廣覆蓋(LPWA)物(wù)聯網(IOT)市(shì)場(chǎng)，是("shì)一(yī)種可(kě)在全球範圍內(nèi)廣泛應用(yòng)的(de)新興技(jì)術(shù)。其具有(yǒu)覆蓋廣、連接多(duō)、速率低(dī)、成本£低(dī)、功耗低(dī)、架構優等特點。NB-IOT使用(yòng)License頻(pín)段，可(kě)采取帶內(nèi)、保護帶或獨立載波三種部署方式，與現(xiàn)有(yǒu)網€絡共存。

應用(yòng)場(chǎng)景

　　NB-IOT最常應用(yòng)于智能(néng)水(shuǐ)表、智能(néng)停車(chē)、寵物(wù)智能(néng)跟蹤三大(dà)典型應用(y‍òng)場(chǎng)景，在NB-IOT的(de)後期規劃中，還(hái)會(huì)涉及到(dào↑)智能(néng)自(zì)行(xíng)車(chē)、智能(néng)煙(yān)霧檢測器(qì)、智能(néng)垃圾桶、智能(néng)路(lù)、智能(néng)售貨機(jī)等方面。

　　面臨的(de)挑戰

　　第一(yī)，互操作(zuò)和(hé)一(yī)緻性問(wèn)題。2015年(nián)，NB-IoT的(de)主要(yào)成員(yuán)，包括沃達豐、愛(ài)立信、T$elefonica和(hé)GSMA開(kāi)展了(le)面向NB-IoT設備的(de)簡單的(de)互操作(zuò)和(hé)一(yī)緻性認證試驗。沃達豐還(hái)在英國(g↑uó)紐伯裡(lǐ)建立了(le)專用(yòng)NB-IoT實驗室，2016年(nián)下(xià)半年(nián)在德國(guó)杜塞爾多(duō)夫繼續開(kāi)放(←fàng)進一(yī)步的(de)實驗室研究。

　　第二，部署和(hé)長(cháng)期支持。NB-IoT部署的(de)最大(dà)問(wèn)題是(shì)時(shí)間(γjiān)和(hé)成本，85%的(de)企業(yè)基站(zhàn)可(kě)支持NB-IoT，隻需進行(xíng)軟件(jiàn)的(de)升級，但(dàn¥)對(duì)基站(zhàn)陳舊(jiù)的(de)網絡運營商，則需對(duì)硬件(jiàn)進行(xíng≠)升級。這(zhè)将導緻NB-IoT網絡建設的(de)成本增加和(hé)時(shí)間(jiān)消耗。另一(yī)個(gè)♥問(wèn)題是(shì)全球M2M漫遊。理(lǐ)論上(shàng)，運營商需支持三種标準，分(fēn)别是(shì):CAT-M，EC-GSM，NB-IoT，以及GPRS。

　　第三，應用(yòng)和(hé)商業(yè)模式。為(wèi)了(le)建立NB-IoT應用(yòng)和(hé)商業(yè)模式，移動通(tōng)信♠行(xíng)業(yè)需要(yào)盡快(kuài)建立合作(zuò)夥伴生(shēng)态圈。例如(rú)≤:德國(guó)電(diàn)信已在柏林(lín)和(hé)波蘭的(de)克拉科(kē)夫建立了(le)NB-IoT原型樞紐，這(zhè)些(xiē)↑樞紐被納入孵化(huà)器(qì)中，為(wèi)開(kāi)發者提供快(kuài)速學習(xí)的(de)環境，激勵新的(de)商業(yè)模式思考、縮短(duǎn)‍産品市(shì)場(chǎng)化(huà)的(de)時(shí)間(jiān)。

　　第四，與LPWAN(低(dī)功耗廣域物(wù)聯網)技(jì)術(shù)的(de)競争。LoRa和(hé)Sigfox已被證明(míng)是(shì)重要(yào)的(de)發∞展技(jì)術(shù)，其中，Sigfox已在24個(gè)國(guó)家(jiā)投入使用(yòng)，LoRa繼續在一(yī)些(xiē)國(guó)家(jiā)、專↑網和(hé)社區(qū)網建設中使用(yòng)。由于NB-IoT在近(jìn)期內(nèi)不(bù)會(huì)大(dà)規模部署，其它技(jì)術(shù)競争者仍有(yǒu)機(jī)會®(huì)确定自(zì)己的(de)市(shì)場(chǎng)定位。

      目前，NB-IoT的(de)市(shì)場(chǎng)普及在各國(guó)間(jiān)存在差異。☆在許多(duō)國(guó)家(jiā)，潛在的(de)運營商可(kě)能(néng)面臨來(lái)自(zì)非移動LPWAN網的(de)強有≈(yǒu)力競争。例如(rú)，在荷蘭，KPN已建立了(le)國(guó)家(jiā)LoRa網，在這(zhè)種情況下(xià)，它可(kě)能(néng)不(bù↔)太會(huì)采用(yòng)NB-IoT。

　　第五，确定正确的(de)市(shì)場(chǎng)進入戰略。LPWAN的(de)應用(yòng)具有(yǒu)在非常規的(de)間(∑jiān)隔中發送小(xiǎo)數(shù)據有(yǒu)效載荷的(de)特性。潛在的(de)用(yòng)戶可(kě)能(néng)需要(yào)更多(duō)低(dī)價值的(d€e)服務。在這(zhè)種情況下(xià)，NB-IoT運營商需要(yào)開(kāi)發相(xiàng)應的(&de)戰略，應對(duì)這(zhè)樣的(de)市(shì)場(chǎng)需求。主要(yào)策略包括:建立市(shì)場(chǎng)與品牌間(jiān)的(de)平衡;擴φ大(dà)市(shì)場(chǎng)占有(yǒu)率，不(bù)僅限于傳統的(de)M2M業(yè)務;在低(dī)端市(shì)場(chǎng)避免成本價格戰，$側重于可(kě)控制(zhì)價格溢價的(de)應用(yòng);探索新商業(yè)模式以創造價值，加強垂直行(xíng)業(yè)合作(zuò)。

　　第六，定價計(jì)劃的(de)設計(jì)，主要(yào)是(shì)物(wù)聯網數(shù)據計(jì)劃。目前，運營商仍在嘗試中。例如(rú):韓國(guó)©電(diàn)信最近(jìn)推出覆蓋全國(guó)的(de)LoRa網，推出6種數(shù)據計(jì)劃，每一(yī)計(jì)劃對(duì)應于×使用(yòng)不(bù)同頻(pín)段的(de)數(shù)據應用(yòng)。它的(de)定價模式是(shì):LoRa的(de)數(shù)據計( jì)劃價格隻相(xiàng)當于基于LTE的(de)物(wù)聯網業(yè)務的(de)十分(fēn)之一(yī)。在擁有(yǒu)LoRa或Sigfox業(y∑è)務的(de)國(guó)家(jiā)，NB-IoT的(de)資費(fèi)不(bù)得(de)不(bù)保持合理(lǐ)的☆(de)競争區(qū)間(jiān)。而在英國(guó)，由于沒有(yǒu)國(guó)家(jiā)LP∏WAN網絡，NB-IoT運營商在設計(jì)定價結構時(shí)，會(huì)有(yǒu)更多(duō)回旋餘地(dì)。

　　此外(wài)，低(dī)速數(shù)據傳輸、隐私和(hé)安全、IT系統的(de)轉換時(shí)間(jiān)等問(wèn)題，都(dōu)将限制(zhì)其發展。

　　eMTC

　　LTE-M，即LTE-Machine-to-Machine，是(shì)基于LTE演進的(de)物(wù)聯網技(jì)術(shùα)，在R12中叫Low-Cost MTC，在R13中被稱為(wèi)LTE enhanced MTC，即eMTC，旨在基于現(xiàn)有(yǒu)的(dφe)LTE載波滿足物(wù)聯網設備需求。eMTC基于蜂窩網絡進行(xíng)部署，支持上(shàng)下(xià)行(xíng)最大(dà)1M¶bps的(de)峰值速率，屬于物(wù)聯網中速率，其用(yòng)戶設備通(tōng)過支持1.4MHz的(de)射頻(pín)和(hé)基帶帶寬，可(kě)以直接接入現(xiàn)有( yǒu)的(de)LTE網絡。

技(jì)術(shù)優勢

　　窄帶LTE其中最主要(yào)的(de)幾個(gè)特性。

　　第一(yī)，系統複雜(zá)性地(dì)大(dà)幅度降低(dī)，複雜(zá)程度及成本得(de)到(dào)了(le)極大∑(dà)的(de)優化(huà)。

　　第二，功耗極度降低(dī)，電(diàn)池續航時(shí)間(jiān)大(dà)幅度增強。

　　第三，網絡的(de)覆蓋能(néng)力大(dà)大(dà)加強。

　　第四，網絡覆蓋的(de)密度增強。

　　eMTC具備LPWA基本的(de)四大(dà)能(néng)力:一(yī)是(shì)廣覆蓋，在同樣的(de)頻(pín)段下(xià)Ω，eMTC比現(xiàn)有(yǒu)的(de)網絡增益15dB，極大(dà)地(dì)提升了(le)LTE網絡的(de)<深度覆蓋能(néng)力;二是(shì)具備支撐海(hǎi)量連接的(de)能(néng)力，eMTC一(yī)個(gè)扇區(qū)能(néng)♦夠支持近(jìn)10萬個(gè)連接;三是(shì)更低(dī)功耗，eMTC終端模塊的(de)待機(jī)時(shí)間(jiān)可 (kě)長(cháng)達10年(nián);四是(shì)更低(dī)的(de)模塊成本，大(dà)規模的(de)連接将會(huì)帶來(lái)模組芯片成本的(de)快(kuài)速®下(xià)降，eMTC芯片目标成本在1~2美(měi)金(jīn)左右。

     應用(yòng)場(chǎng)景

　　應用(yòng)在智能(néng)物(wù)流中，具有(yǒu)防盜、防調換、實時(shí)溫度傳感和(hé)可(kě)定位優勢♥，能(néng)夠實時(shí)監控及定位，将信息記錄及上(shàng)傳，可(kě)以對(duì)行(xíng)駛≥軌迹查詢;在智能(néng)可(kě)穿戴設備中，可(kě)支持健康監測、視(shì)頻(pín)業(yè)務、數(shù)據回傳和(hé)定位;依靠目前的(de↔)蜂窩網交互屏幕，提供包括智能(néng)充電(diàn)樁、候機(jī)寶、電(diàn)梯衛士、智能(n‌éng)公交站(zhàn)牌、公共自(zì)行(xíng)車(chē)管理(lǐ)等方面的(de)應用(yòng)場(chǎng)景。

　　面臨的(de)挑戰

　　eMTC與NB-IoT的(de)典型特性差異在于，eMTC終端工(gōng)作(zuò)帶寬可(kě)以達到(dào)1.08MHz，遠(yuǎn)遠(yuπǎn)高(gāo)于NB-IoT終端的(de)200kHz，因此，eMTC終端的(de)峰值速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高(gāo)于NB-IoT終端。基于上(shàng)述特征，業π(yè)界普遍認為(wèi)eMTC技(jì)術(shù)能(néng)夠提供較為(wèi)低(dī)廉的(de)VoLTE終端方案，并能(néngΩ)夠具備較好(hǎo)的(de)業(yè)務質量，但(dàn)通(tōng)過詳細的(de)技(jì)術(shù)分(fēn)析，采用(yòng)eMTC技(jì)術(shù)支持語音(y"īn)業(yè)務或提供語音(yīn)解決方案，實際效果可(kě)能(néng)難以樂(yuè)觀。

　　低(dī)功耗特征

　　為(wèi)了(le)能(néng)夠在電(diàn)力供應受限環境中提供物(wù)聯網服務，像NB-IoT一(yī)樣，eMTC也(yě)将低(dī)功耗作(zuò)為(wèi)系統設計§(jì)目标，期望能(néng)夠基于較小(xiǎo)容量的(de)電(diàn)池，支持終端10年(nián)免維π護，并且與NB-IoT一(yī)樣采用(yòng)了(le)eDRX(Extended Discontinuous Reception)和(hé)PSM(≠Power Saving Mode)兩種節電(diàn)技(jì)術(shù)。

　　對(duì)于典型的(de)低(dī)頻(pín)次物(wù)聯網業(yè)務，比如(rú)自(zì)動抄表類，由于業(yè)務頻(pín)次非常低(dī)，采用(y¶òng)這(zhè)兩種技(jì)術(shù)可(kě)以讓終端長(cháng)期處于休眠狀态，隻在需要(yào)進行(xíng)數(shù)據傳輸的(de)←時(shí)候進行(xíng)工(gōng)作(zuò)，因此可(kě)以非常節電(diàn)，但(dà≠n)這(zhè)種良好(hǎo)的(de)節電(diàn)效果隻對(duì)頻(pín)次較低(dī)的(de)業(yè)務有(yǒu)效，₩對(duì)于VoLTE業(yè)務而言，終端需要(yào)經常監聽(tīng)網絡尋呼，以及時(shí)響應到(dào)達的(de)呼叫，所以無法采用(yòng)eDRX和(hé)PSM技(jì)≥術(shù)的(de)節電(diàn)機(jī)制(zhì)。

　　大(dà)連接特征

　　萬物(wù)互聯的(de)要(yào)求，需要(yào)物(wù)聯網技(jì)術(shù)能(néng)夠服務海(hǎi)量的(de)終端，為(wèi)≤此3GPP設計(jì)了(le)CP(Control Plane)優化(huà)與UP(User Plane)優化(huà)兩種空(kōng)口技(jì)術(shù)優化©(huà)方案，對(duì)于小(xiǎo)包傳送的(de)物(wù)聯網業(yè)務，可(kě)以節省大(dà)量的(de)空(kōng)口信令，提升傳輸 效率。但(dàn)對(duì)于VoLTE語音(yīn)業(yè)務，是(shì)無法采用(yòng)CP及UP優化(huà)方案提升容量的(§de)，因此eMTC對(duì)于VoLTE不(bù)具有(yǒu)提升容量的(de)能(néng)力。

      廣覆蓋特征

　　考慮到(dào)有(yǒu)些(xiē)物(wù)聯網終端往往處于建築物(wù)內(nèi)部的(de)較深位置，典型的(de)比如(rú)水(sh£uǐ)表，所處環境往往信号非常微(wēi)弱，eMTC設計(jì)了(le)重複技(jì)術(shù)以增強覆蓋，通(tōng)過上(shàng)、下(xià)行(xíng)無線信π号的(de)重複，可(kě)以在接收端累積信号能(néng)量，從(cóng)而增強覆蓋。但(dàn)正是(shì)由于無線信号的(de)重複，造成平均業(yè)務速率降低(✔dī)，也(yě)就(jiù)是(shì)說(shuō)，這(zhè)種覆蓋增強技(jì)術(shù)是(shì)以λ業(yè)務速率降低(dī)為(wèi)代價換取的(de)，所以，對(duì)于VoLTE這(zhè)種需要(yào)一(yī)定速率保♦障的(de)業(yè)務而言，eMTC的(de)覆蓋增強技(jì)術(shù)沒有(yǒu)帶來(lái)任何好(σhǎo)處。

　　低(dī)成本eMTC終端方案

　　eMTC終端(芯片)的(de)低(dī)成本方案主要(yào)包括:較小(xiǎo)工(gōng)作(zuò)帶寬，e MTC終端的(de)工(gōng)作(zuò)帶寬為(wèi)1.08MHz，這(zhè)種工(gōng)作(zuò)帶寬雖然比NB-IoT更高(gāo)$，但(dàn)相(xiàng)較于普通(tōng)LTE終端卻低(dī)了(le)許多(duō)，能(néng)夠降低(dī)器(qì)件(jià₩n)價格以及芯片計(jì)算(suàn)能(néng)力要(yào)求，從(cóng)而降低(dī)總體(tǐ)價格;較低(dī)的(de)峰值速率，€相(xiàng)對(duì)LTE而言，較低(dī)的(de)峰值速率降低(dī)了(le)芯片計(jì)算®(suàn)能(néng)力和(hé)Buffer要(yào)求，從(cóng)而降低(dī)芯片價格;單終端接收天線，降低(dī)射頻(pín)器(qì)件(jiàn)§成本;半雙工(gōng)方案，可(kě)以省下(xià)終端射頻(pín)的(de)雙工(gōng)器(qì)，從(cón"g)而降低(dī)終端的(de)成本。

　　LoRa

　　LoRa是(shì)LPWAN通(tōng)信技(jì)術(shù)中的(de)一(yī)種，是(shì)¥美(měi)國(guó)Semtech公司采用(yòng)和(hé)推廣的(de)一(yī)種基于擴頻(pín)技( jì)術(shù)的(de)超遠(yuǎn)距離(lí)無線傳輸方案。這(zhè)一(yī)方案改變了(le)以往關于傳輸距離(lí)與功耗的(de)折衷考慮方式 ，為(wèi)用(yòng)戶提供一(yī)種簡單的(de)能(néng)實現(xiàn)遠(yuǎn)距離(lí)、長(cháng)電(diàn)池壽命、大(dà)容量的(d e)系統，進而擴展傳感網絡。

　　LoRa網絡構成

　　目前，LoRa主要(yào)在全球免費(fèi)頻(pín)段運行(xíng)，包括433、868、915 MHz等 。LoRa技(jì)術(shù)具有(yǒu)遠(yuǎn)距離(lí)、低(dī)功耗(電(diàn)池壽命長(λcháng))、多(duō)節點、低(dī)成本的(de)特性。LoRa網絡主要(yào)由終端(可(kě)內(nèi)置LoRa模塊)、網關(或稱基站(zhàn))、Serverε和(hé)雲四部分(fēn)組成。應用(yòng)數(shù)據可(kě)雙向傳輸。

技(jì)術(shù)優勢

　　按需部署:LoRa可(kě)以根據應用(yòng)需要(yào)，規劃和(hé)部署網絡、根據現(xiàn)場(chǎng)環境針對(duì)性放(fàng)置基站(zhàn)/網關€、更容易做(zuò)到(dào)無縫覆蓋，而改善覆蓋質量還(hái)可(kě)以降低(dī)功耗，提高(gāo)系統容量、個(gè)人(rén)，企業(yè)或機(jī®)構可(kě)部署，并且可(kě)以滿足安全需求，數(shù)據也(yě)可(kě)私有(yǒu)。

　　輕量級:相(xiàng)比于其他(tā)的(de)LPWAN技(jì)術(shù)協議(yì)，LoRa的(de)系統複雜(♦zá)度更低(dī)，硬件(jiàn)實現(xiàn)簡單，對(duì)資源要(yào)求較低(dī)，輕量級的(de)‍LoRaWAN協議(yì)，軟件(jiàn)實現(xiàn)簡單，部署實施簡單。

　　低(dī)成本:LoRaWAN模塊量産，價格已經在USD5以下(xià)，并逐漸接近(jìn)2G模塊價格←，室外(wài)型基站(zhàn)已低(dī)至USD500左右，室內(nèi)型USD100，從(cóng)國(guó)外(wài)運營商來(lái)看(kàn™)，LoRa月(yuè)租可(kě)達eMTC月(yuè)租的(de)1/5~1/10甚至更低(dī)。

     應用(yòng)場(chǎng)景

　　LoRa技(jì)術(shù)非常适用(yòng)于要(yào)求功耗低(dī)、距離(lí)遠(yuǎn)、大(dà)量連接以及定位跟蹤等的(de)物(wù)聯網應用(yòng)，π如(rú)智能(néng)抄表、智能(néng)停車(chē)、車(chē)輛(liàng)追蹤、寵物(wù)跟蹤、智慧農(nóng)業(yè)、智慧工(gōng)¶業(yè)、智慧城(chéng)市(shì)、智慧社區(qū)等等應用(yòng)和(hé)領域。

　　面臨的(de)挑戰

　　城(chéng)市(shì)級網絡覆蓋:LoRa沒有(yǒu)運營商的(de)支出，布網方面先天弱勢。

　　頻(pín)譜資源:LoRa采用(yòng)免費(fèi)頻(pín)段，可(kě)能(néng)存在幹擾問(wèn)題，盡管∏LoRa本身(shēn)抗幹擾能(néng)力強，LoRaWAN協議(yì)本身(shēn)也(yě)有(yǒu)規避幹擾的(de)措施。但(dàn)物(wù)理(lǐ)幹擾難于完全避免。

　　應對(duì)措施:去(qù)碎片化(huà)，建設統一(yī)的(de)廣域網網，絡共建，資源共享。同時(shí$)需要(yào)做(zuò)到(dào)更輕量級,更低(dī)成本，LoRaWAN模塊的(de)成本需要(yào)向$2G模塊的(de)成本看(kàn)齊，甚至向WiFi模塊靠近(jìn)。

　　總結:每種技(jì)術(shù)都(dōu)有(yǒu)特點和(hé)優勢，滿足不(bù)同的(de)訴求↓和(hé)市(shì)場(chǎng)，多(duō)LPWAN技(jì)術(shù)将百花(huā)齊放(fàng)，‍共生(shēng)共存。