物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)及建網(wǎng)策略研究

崔新凱

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

1 發(fā)展背景

2017年1月18日，工業(yè)和信息化部發(fā)布了《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，明確提出要加快發(fā)展NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)。作為中國制造2025的重要一環(huán)，中國政府將物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展提上日程，除了大力支持各運營商積極開展NB-IoT窄帶物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，推動工信部召集三大運營商以及中興、華為等主流設(shè)備廠家，要求加快NB-IoT等物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，支持各運營商和設(shè)備廠家聯(lián)合積極開展試驗，同時還明確表示NB-IoT建網(wǎng)無需另行頒發(fā)牌照，各運營商可在現(xiàn)有頻段資源上自行開展測試和商用部署。國內(nèi)三大運營商均在2016年加快啟動了NB-IoT的物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。隨著未來幾年移動通信從4G向5G網(wǎng)絡(luò)的演進，工業(yè)革命開始向萬物互聯(lián)邁進，物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展駛?cè)肟燔嚨?，市場空間廣闊，將成運營商新的藍海。

1.1 技術(shù)選擇

目前物聯(lián)網(wǎng)解決方案包括蜂窩和非蜂窩兩大類。

蜂窩類主要包括NB-IoT和eMTC，覆蓋距離較長，都是LTE系統(tǒng)的簡化版，NB-IoT采用200 kHz超窄帶設(shè)計，F(xiàn)DD工作模式，覆蓋能力強，成本較低，支持超大連接、小區(qū)重選，但不支持切換和語音，適合發(fā)展窄帶物聯(lián)網(wǎng)低速率業(yè)務(wù)；eMTC占LTE 1.4 MHz帶寬，支持FDD和TDD兩種模式，支持語音業(yè)務(wù)、切換，適合發(fā)展寬帶物聯(lián)網(wǎng)中速率業(yè)務(wù)。蜂窩類適合運營商全網(wǎng)部署。

非蜂窩類主要是短距與超短距的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，Wi-Fi、ZigBee、NFC、藍牙及非授權(quán)頻段的Lora、Sigfox、室外干擾不可控，不適合運營商全網(wǎng)部署。

1.2 技術(shù)對比

NB-IoT和eMTC技術(shù)，兩者的技術(shù)定位、雙工模式、空口技術(shù)等各不相同，技術(shù)對比見表1。

1.3 性能對比

NB-IoT：在覆蓋、成本、連接數(shù)等方面性能最優(yōu)，但難以滿足中高速移動性、中高速率、語音等業(yè)務(wù)需求，如物流追蹤、視頻監(jiān)控、手環(huán)（帶語音）等應(yīng)用場景。

表1 NB-IoT和eMTC技術(shù)對比

eMTC：覆蓋及初期模組成本弱于NB-IoT，優(yōu)勢是峰值速率、移動性，語音能力。

NB-IoT和eMTC性能對比見表2。

1.4 應(yīng)用場景對比

NB-IoT有覆蓋、成本和容量優(yōu)勢；eMTC有吞吐量、移動性和時延優(yōu)勢。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中低速率的應(yīng)用連接數(shù)占據(jù)絕對的優(yōu)勢，eMTC和NB-IoT都是針對物聯(lián)網(wǎng)低功耗低速率應(yīng)用的通信技術(shù)，技術(shù)參數(shù)（如應(yīng)用速率、覆蓋增強能力、移動性、定位能力等）的不同，直接導(dǎo)致了eMTC和NB-IoT應(yīng)用場景存在較大的差異。eMTC屬于LTE FDD的延續(xù)，是LTE FDD的一項子功能，可在現(xiàn)有LTE FDD網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進行軟件升級或小成本的硬件升級。而對于NB-IoT，因和TD-LTE機制存在較大差異，需新增基帶板，硬件改動較大。

NB-IoT和eMTC具有覆蓋強、低功耗、大連接、低成本的特點，適合運營商大規(guī)模部署，是運營商普遍選用的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。NB-IoT生態(tài)正在以一種勢不可擋的態(tài)勢快速成型。

2 建網(wǎng)策略

2.1 業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已非常清晰，如圖1所示。

表2 NB-IoT和eMTC性能對比

2.2 建網(wǎng)思路

聯(lián)通和電信都已經(jīng)開展物聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，中國移動目前是堅持“以終為始、整體規(guī)劃、分步實施”的建設(shè)思路。主要從以下幾個方面考慮。

需求發(fā)現(xiàn)：梳理業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)來源，精確需求發(fā)現(xiàn)從而確立建網(wǎng)目標，是打造優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的重要第一步。

需求分析：物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)終端的分布可能與個人移動網(wǎng)的用戶分布差別較大，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)注重與業(yè)務(wù)的銜接，尤其要對業(yè)務(wù)類型和具體需求有深入分析。

頻段與制式選擇：需考慮相關(guān)技術(shù)（頻率、覆蓋能力）、產(chǎn)業(yè)發(fā)展程度、建設(shè)（新建和改造）、投資、政策等因素，并分析其優(yōu)劣勢。

網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求：分析物聯(lián)網(wǎng)終端的分布區(qū)域，確定合理網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃指標。

站址規(guī)劃：網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中最重要的內(nèi)容，如何考慮基于中國移動已有的站址資源開展站址選擇規(guī)劃，保證良好的覆蓋質(zhì)量，并協(xié)同好網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)系。

主設(shè)備建設(shè)問題：中國移動無線網(wǎng)絡(luò)已有GSM900/1800、TD-SCDMA、TD-LTE幾張網(wǎng)絡(luò)，如何考慮現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備升級與新增設(shè)備建設(shè)。

天饋建設(shè)問題：天線在整個無線系統(tǒng)中起到了極為重要的作用。在天線選擇時應(yīng)堅持性能優(yōu)先的原則，同時要考慮工程實施難度。

2.3 頻率規(guī)劃

蜂窩物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)初期，中國移動NB-IoT（SA）采用同頻組網(wǎng)，頻率采用953.7-953.9 MHz，按Standalone的方式進行蜂窩物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

為了便于頻點規(guī)劃組網(wǎng)，NB-IoT全網(wǎng)采用統(tǒng)一頻率部署方案。盡可能減少Refarming過程，盡可能降低系統(tǒng)間干擾風(fēng)險，如低端與鐵路GSM-R及電信cdma800的干擾，高端的自身互調(diào)干擾?？紤]到NB（SA）功率譜密度高，部署在左側(cè)對鐵路GSM-R干擾嚴重，因此使用最右側(cè)高端0.6 MHz。

2.4 建網(wǎng)方案

目前中國移動的NB-IoT無線網(wǎng)建設(shè)有兩種方式：基于GSM基站的建設(shè)方式和基于TDD站點的建設(shè)方式。其中基于GSM基站的建設(shè)方式包括現(xiàn)網(wǎng)升級、替換或新增設(shè)備，天饋需利舊或者替換；基于TDD站點的建設(shè)方式包括利舊現(xiàn)網(wǎng)BBU、新增BBU設(shè)備，天饋則必須替換或新建，同時必須新增支持NB/FDD的RRU。3種建設(shè)方式對比分析如表3所示。

2.5 典型應(yīng)用場景

圖1 蜂窩物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

表3 3種建設(shè)方式對比分析

應(yīng)用主要聚焦在智能家居、智能樓宇、智能抄表、市政物聯(lián)和物流追蹤五大領(lǐng)域（約占LPWA總連接90%）。主要的覆蓋需求集中在住宅、商業(yè)樓宇、室外、地表下4種。例如，水電燃氣抄表、家庭安防、電梯監(jiān)控等應(yīng)用主要集中在住宅內(nèi)且有深度覆蓋需求；智能停車、移動POS等應(yīng)用主要集中在商業(yè)樓宇且有深度覆蓋需求；共享單車、智能路燈、物流追蹤等應(yīng)用主要是室外的覆蓋；供水漏損治理等管網(wǎng)監(jiān)控應(yīng)用對地表下的覆蓋需求。

3 結(jié)束語

萬物互聯(lián)時代加速到來，為電信運營商實現(xiàn)新增長提供了重要機遇。萬物互聯(lián)的關(guān)鍵技術(shù)已日趨成熟，依托無處不在的網(wǎng)絡(luò)，推動實現(xiàn)人及所有物體的普遍連接，信息通信業(yè)特別是基礎(chǔ)電信企業(yè)將迎來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)價值新增長的歷史機遇。根據(jù)有關(guān)預(yù)測，未來5年，中國市場的連接數(shù)有望突破100億，市場規(guī)模預(yù)計將達到萬億元量級?；谝陨闲袠I(yè)背景，中國移動聚焦物聯(lián)網(wǎng)重點行業(yè)，計劃在多個城市開展蜂窩物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，做大連接規(guī)模，保持行業(yè)領(lǐng)先地位。

[1] 戴國華, 余駿華. NB-IoT產(chǎn)生背景、標準發(fā)展以及特性和業(yè)務(wù)研究[J]. 移動通信，2016,40(7):31-36.

[2] 曹鐘慧. 運營商角度的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展應(yīng)用淺析[J]. 移動通信，2016,40(15):30-35.

[3] 秦敏, 劉寧, 趙飛. 淺析物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展對通信的影響[J]. 通信設(shè)計與應(yīng)用，2016,23(4):102-102.