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NB-IoT被過度神化,運營商部署LTE物聯(lián)網(wǎng)已有首選

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來源:EET電子工程專輯
日期:2017-04-26 09:54:32
摘要:2016年6月,全球標準化組織3GPP在短時間里同時制定了兩個新的蜂窩技術標準:Cat-M1(eMTC)和Cat-NB1(NB-IoT)。與性能指標一路往上走的Cat.6、Cat.12、Cat.16、Cat.18相反,Cat-M1和Cat-NB1選擇一路向下,主要原因是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的要求,去掉不必要的高數(shù)據(jù)率、高移動性、超強傳輸能力特性,降低系統(tǒng)復雜度與成本,提高系統(tǒng)續(xù)航時間,實現(xiàn)4G調(diào)制解調(diào)器的海量部署、規(guī)模經(jīng)濟和超長生命周期。

  2016年6月,全球標準化組織3GPP在短時間里同時制定了兩個新的蜂窩技術標準:Cat-M1(eMTC)和Cat-NB1(NB-IoT)。與性能指標一路往上走的Cat.6、Cat.12、Cat.16、Cat.18相反,Cat-M1和Cat-NB1選擇一路向下,主要原因是根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的要求,去掉不必要的高數(shù)據(jù)率、高移動性、超強傳輸能力特性,降低系統(tǒng)復雜度與成本,提高系統(tǒng)續(xù)航時間,實現(xiàn)4G調(diào)制解調(diào)器的海量部署、規(guī)模經(jīng)濟和超長生命周期。

  Cat-M1與Cat-NB1相互補充

  化繁為簡,降低成本與復雜度

  降低復雜度與成本的第一步就是要放棄速率和帶寬??紤]到絕大部分物聯(lián)網(wǎng)應用數(shù)據(jù)傳輸速率只需要1Mbps或者幾百/幾十kbps,所以Cat-M1的上行下行速率只有1Mbps,帶寬頻率1.4MHz;Cat-NB1上行和下行速率更是只有60kbps和20kbps,帶寬200KHz,使得運營商可以非常靈活地將其部署進LTE頻段里。在部署的模式上,Cat-M1在FDD或者TDD網(wǎng)絡中都可以部署,Cat-NB1到現(xiàn)在為止只能部署在FDD中,今后隨著標準和規(guī)范的演進可能會有所變化。

  支持半雙工模式是降低系統(tǒng)成本和芯片復雜度的另一妙招。高通產(chǎn)品市場高級總監(jiān)沈磊解釋說,LTE采用全雙工模式,上行下行同時收發(fā)。但Cat-M1和Cat-NB1都可以支持半雙工,先下行或者上行,不會并行收發(fā)。這樣做的好處在于,支持半雙工一是不需要復雜的濾波器和高成本的功率放大器;二是降低了發(fā)射功率,相比LTE 23dBm/200毫瓦的功率,Cat-M1、Cat-NB1都只有20dBm/ 100毫瓦,減少了一半。

  考慮到兩種技術各自覆蓋不同的物聯(lián)網(wǎng)應用,所以Cat-M1保留了相當一部分移動性和VoLTE語音功能,可用于樓宇安防、穿戴設備、資產(chǎn)追蹤等應用;Cat-NB1則是完全不具備移動性和語音。但兩者穿透性和部署密度相比LTE有了顯著提高,比如Cat-M1比傳統(tǒng)的LTE Cat.4的鏈路預算(link budget)提高了約15個dB,針對表計等應用設計的Cat-NB1還要更高。

  此外,和LTE相比,Cat-M1、Cat-NB1的續(xù)航時間更長,可支持至少10年左右的工作時間。由此帶來的另一個需求是強大的軟件升級能力,目前來看,Cat-M1的速率是兆級,可以用幾分鐘或者半個小時的時間升級固件,所以Cat-M1在升級維護上有明顯的優(yōu)勢。但Cat-NB1沒有這個能力,從安裝起到10年之后還是老樣子。

  擴展LTE以連接物聯(lián)網(wǎng)

  蜂窩和非蜂窩通訊技術怎么選?

  “蜂窩通訊技術將是未來物聯(lián)網(wǎng)連接技術里絕對的主流方向?!鄙蚶诒硎?,蜂窩通訊技術是授權頻譜,在連接性、安全、質(zhì)量方面都有充分的保證,而且從2G、3G、4G一路發(fā)展下來,其覆蓋已經(jīng)是無處不在,完全不需要重新部署。更重要的一點是,蜂窩通訊行業(yè)的生態(tài)系統(tǒng)建設非常完善,從標準制定、技術發(fā)展和驗證,到產(chǎn)品研發(fā)和上市,再到整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的優(yōu)化和完善,包括芯片、終端、基礎設施、運營商在內(nèi)的眾多從業(yè)者30年來不斷的積累,已經(jīng)讓蜂窩技術成為最為可靠、完善和可用的技術。

  他認為使用非授權頻譜的Sigfox和LoRa是一個相對小眾的市場,大多數(shù)應用場景集中在工廠或碼頭這類私有且小范圍的環(huán)境中,整個產(chǎn)業(yè)鏈的部署程度與基于蜂窩網(wǎng)絡技術的標準相比完全不在一個數(shù)量級。并且這兩個標準比較新,整個產(chǎn)業(yè)鏈的芯片、模塊、應用服務都還處于培育階段,不能與主流的蜂窩技術相抗衡。

  目前Cat-M1和Cat-NB1都有很多部署,后者進度更快一些。主要原因在于Cat-NB1標準相對更為簡單,能做Cat-NB1的芯片廠商比較多,而且首批探索物聯(lián)網(wǎng)部署的運營商也看到Cat-NB1的部署密度可以更高,續(xù)航時間可以更長,對于表計、路燈等應用情景來說,Cat-NB1似乎天生就是比較好的技術。但事實上,到了真正開始部署,需要和上層應用服務對接的時候,運營商就會發(fā)現(xiàn)Cat-NB1其實只能覆蓋一部分使用情景,很多商業(yè)模式,比如移動性、語音、數(shù)據(jù)率、遠程更新軟件的能力,Cat-NB1是沒有的,所以他們開始逐漸傾向于接受物聯(lián)網(wǎng)雙模的概念。

  沈磊說他個人相信LTE物聯(lián)網(wǎng)一定會大爆發(fā),只是具體的時間還不能預測。但好消息是,“當前缺失的幾個成功要素都已在路上”。比如中國三大運營商正在相關城市做網(wǎng)絡部署的試點;汽車或者公用事業(yè)、智慧城市等垂直領域的商業(yè)模式已初具雛形,上層的應用服務也在高速發(fā)展中;芯片和模塊廠商對產(chǎn)品的優(yōu)化和設備管理的能力正在大幅改進。當這幾大成功要素都到位之時,相關應用必定會呈現(xiàn)爆炸式增長。

  為什么雙模更好?

  說到Cat-M1和Cat-NB1這兩個模式,運營商現(xiàn)在基本都處于了解、測試、考慮、規(guī)劃如何部署的階段。兩者有很多功能是重疊的,但很多時候又是互補的,如何部署成為了運營商最為糾結的事情。那么有沒有技術能讓模塊或終端既能支持Cat-M1也能支持Cat-NB1,從而了卻運營商的這塊心病?

  下圖中深紅色代表的是Cat-M1技術,它強調(diào)的是移動性和較高的數(shù)據(jù)速率,但其在網(wǎng)絡覆蓋和功耗上遜于Cat-NB1;圖上淺色區(qū)域代表的是Cat-NB1技術,該技術在網(wǎng)絡覆蓋、功耗、部署靈活性,以及成本優(yōu)化方面相較Cat-M1表現(xiàn)更好。Cat-M1和Cat-NB1兩種技術優(yōu)勢有所不同,因此客戶在選擇應用服務或者網(wǎng)絡部署時,只能根據(jù)相關技術優(yōu)勢進行選擇,要想精準預測未來3年、5年或15年之后所部署的服務和采用的技術,對于客戶來說是很難做到的。

  Cat-M1&NB1雙模提供最優(yōu)解決方案

  但是,試想一下,無論將來運營商是否會對相關網(wǎng)絡、頻段和模式在部署3-5年后進行調(diào)整,如果已被部署好的模塊能夠隨時通過升級軟件實現(xiàn)自適應調(diào)整,這對于用戶而言將是極大的便利。沈磊說,盡管雙模系統(tǒng)復雜度比單模系統(tǒng)稍高,其模塊和芯片的成本也要高。但事實上,這只是單個模塊和子系統(tǒng)的成本,絕大部分成本來自于系統(tǒng)部署的環(huán)節(jié)。因此,總體而言,靈活的實用性可以大幅降低重復部署、動工和升級所帶來的成本。

  另一方面,這兩個模式也能夠部署在4G LTE頻段上。目前世界各國在規(guī)劃部署15-16個Cat-M1和Cat-NB1的頻段,絕大部分是中頻和低頻,這是因為考慮到高頻的穿透性欠佳,而低頻的部署在一直放大。如果有一個模塊同時擁有這兩種技術并支持所有頻段,那么該模塊可以在全球任何應用場景部署。無論未來的網(wǎng)絡制式或頻段如何調(diào)整,該模塊仍然可以工作。通過安裝一次可以獲得十年的工作生命周期,并幫助客戶抵消任何不確定性和相關網(wǎng)絡調(diào)整的可能性,這筆買賣還是劃算的。

  更具成本效益的全球雙模

  “為什么多模多頻手機受歡迎?因為在總體成本控制上,多模、多頻是有重大優(yōu)勢的,今后物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的部署也會遇到同樣的問題?!痹谏蚶诳磥恚鲆豢钊蚨嗄5哪K,今天可以銷售,三五年后仍然可以銷售,在任何一個國家也都可以銷售。從研發(fā)的投入、物料和成品的庫存管理以及銷售的準確性來說,可以令模塊OEM廠商大為放松;對運營商而言,他可以利用雙模多頻的模塊去對這兩種技術進行充分的驗證,從而推測哪個生意模式能夠成功,這對于運營商整體的成本控制是具有戰(zhàn)略意義的改變。

  全球雙模提供更高成本效益

  鑒于Cat-M1和Cat-NB1優(yōu)勢互補的融合,高通推出了為Cat-M1和Cat-NB1定制的多模多頻芯片—MDM9206。除支持Cat-M1、Cat-NB1的全球所有頻段外,MDM9206還集成了Cortex A7處理器、大量傳感器接口、GPS/格納洛斯/北斗以及伽利略全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)、語音/VoLTE功能,并支持Linux/Thread操作系統(tǒng)。不久之前,高通與愛立信以及北美運營商AT&T基于Cat-M1進行了LTE語音方面的測試,一個很小的模塊裝在手表中,其語音質(zhì)量非常高。

  高通為Cat-M1和Cat-NB1定制的多模多頻芯片MDM9206

  與此同時,在中國,高通積極推動LTE物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展并與中國運營商及合作伙伴協(xié)作。高通于2016年11月聯(lián)合中國移動和愛立信,啟動國內(nèi)首個Cat-M1測試;2016年12月,與中移物聯(lián)網(wǎng)有限公司簽署諒解備忘錄;2016年12月,聯(lián)合中國聯(lián)通和愛立信,完成基于Cat-M1標準的現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸;2017年3月,與華為合作首次打通TD-LTE Cat-M1標準空口First Call。

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