【導(dǎo)讀】無線網(wǎng)絡(luò)一直在不斷發(fā)展，隨著生活節(jié)奏的日益加快，人們對設(shè)備便利性的要求也變得非常高，而物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)能夠大大提高人們的生活效率。

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)助力智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大規(guī)模涌現(xiàn)，將在許多行業(yè)支持新服務(wù)和效率。物聯(lián)網(wǎng)將在未來數(shù)年改造企業(yè)、改變?nèi)祟惿罘绞讲⑶掖龠M(jìn)創(chuàng)新。在下一個(gè)十年，預(yù)計(jì)全球?qū)⒉渴饠?shù)百億個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以前所未有的速度增長，在多個(gè)關(guān)鍵市場創(chuàng)造數(shù)萬億美元經(jīng)濟(jì)價(jià)值。物聯(lián)網(wǎng)是全互聯(lián)世界的基礎(chǔ)并且演進(jìn)為萬物互聯(lián)只是時(shí)間問題。

　　在全互聯(lián)世界愿景中，蜂窩技術(shù)將發(fā)揮建設(shè)性作用并且它們早已在發(fā)揮作用；1G和2G網(wǎng)絡(luò)通過語音連接人，3G和4G把連接性擴(kuò)展到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，交付極快移動(dòng)寬帶服務(wù)。蜂窩網(wǎng)絡(luò)不僅提供普適覆蓋，而且它們還帶來前所未有的可靠性、安全性和性能水平，這是要求最高的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需要的。

　　3GPP技術(shù)（例如4G LTE）能夠提供廣域物聯(lián)網(wǎng)連接LTE是在全球是增長最快的無線標(biāo)準(zhǔn)，在全世界已經(jīng)有超過十億個(gè)連接。它將延續(xù)上升勢頭并且甚至將在未來十年激增。LTE已實(shí)現(xiàn)更快更好的移動(dòng)寬帶承諾，目前正面向物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行功能縮減以便支持多年電池續(xù)航和更低成本設(shè)備。LTE有通用全球標(biāo)準(zhǔn)(3GPP)支持以及強(qiáng)大的可互操作端到端生態(tài)系統(tǒng)支持?？傊琇TE為未來物聯(lián)網(wǎng)增長提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，相較于非3GPP/私有解決方案，LTE展現(xiàn)了巨大優(yōu)勢。

　　3GPP標(biāo)準(zhǔn)第13版引入一套面向物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的全新窄帶技術(shù)。統(tǒng)稱為LTE物聯(lián)網(wǎng)，它更高效地支持更低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用的兩個(gè)全新用戶設(shè)備(UE)類別。LTE Cat-M1 (eMTC)可以提供廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用覆蓋，LTE Cat-NB1 (NB-IoT)針對低成本物聯(lián)網(wǎng)使用場景進(jìn)一步縮減成本和功率。兩個(gè)設(shè)備類別都是單一可擴(kuò)展LTE路線圖的一部分，設(shè)計(jì)為與現(xiàn)有LTE基礎(chǔ)設(shè)施、頻譜和設(shè)備共存。LTE物聯(lián)網(wǎng)帶來諸多改進(jìn)，包括降低復(fù)雜性支持更低成本設(shè)備、更節(jié)能的低功率模式實(shí)現(xiàn)多年電池續(xù)航和全新先進(jìn)傳輸技術(shù)深化覆蓋面。除空口改進(jìn)之外，LTE物聯(lián)網(wǎng)還增強(qiáng)核心網(wǎng)絡(luò)，更高效地處理以物聯(lián)網(wǎng)為中心的流量并支持大量設(shè)備。

　　NB-IoT也為窄帶5G奠定基礎(chǔ)，將帶來更多物聯(lián)網(wǎng)機(jī)會(huì)。5G將借助新功能增強(qiáng)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，例如資源擴(kuò)展多址接入(RSMA)支持免許可傳輸和多跳網(wǎng)狀網(wǎng)進(jìn)一步擴(kuò)展覆蓋面。5G也將借助機(jī)器人、航空、醫(yī)療健康、工業(yè)控制和汽車等領(lǐng)域的許多創(chuàng)新使用場景支持新服務(wù)（例如關(guān)鍵任務(wù)控制），那些使用場景需要增強(qiáng)性能，例如1毫秒以下延遲、超高可靠性和可用性（但并非全部服務(wù)同時(shí)需要）?？偠灾?，連接物聯(lián)網(wǎng)將是5G下一個(gè)十年和未來的更強(qiáng)大統(tǒng)一連接平臺(tái)不可或缺的一部分。

迎接物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)在廣義上描述物質(zhì)實(shí)體互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)概念，包括機(jī)器、汽車、樓宇和許多其他類型的設(shè)備。這些聯(lián)網(wǎng)“物體”將在家中、企業(yè)、城市和許多行業(yè)提供新服務(wù)。未來十年全球物聯(lián)網(wǎng)市場有望快速增長，預(yù)計(jì)到2020將有250-500億個(gè)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，在關(guān)鍵市場促進(jìn)數(shù)萬億美元經(jīng)濟(jì)增長。物聯(lián)網(wǎng)將遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只是連接人和物，而是擴(kuò)展現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)、讓機(jī)器和設(shè)備彼此協(xié)作，這樣它們能夠?qū)崿F(xiàn)全新水平的效率。

連接物聯(lián)網(wǎng)將需要異構(gòu)連接性

　　物聯(lián)網(wǎng)包括許多不同行業(yè)各種各樣的應(yīng)用，設(shè)備能夠驅(qū)動(dòng)非常多樣的計(jì)算與連接需求。在一些使用場景中，設(shè)備可能僅需短程通信連接網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，例如聯(lián)網(wǎng)家庭中部署的設(shè)備，同時(shí)許多其他應(yīng)用需要更廣泛的普適覆蓋。在本質(zhì)上，連接物聯(lián)網(wǎng)將需要異構(gòu)連接技術(shù)提供不同層次的優(yōu)化以滿足不同需求。圖1提供簡圖，按到達(dá)距離說明連接物聯(lián)網(wǎng)通常使用的不同無線技術(shù)。例如，辦公樓智能照明可能最適合采用短程無線技術(shù)，例如Wi-Fi，因?yàn)闊艟咄ǔ２渴鹪赪i-Fi合理覆蓋（即室內(nèi)）的區(qū)域。相比之下，智慧城市中部署的停車計(jì)時(shí)器最可能采用廣域網(wǎng)。此類部署將需要能夠在戶外（例如路邊停車）和室內(nèi)（例如停車樓）位置提供普適覆蓋的技術(shù)。

圖1：物聯(lián)網(wǎng)無線連接技術(shù)范例

蜂窩技術(shù)將支持范圍廣泛的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)

　　對于廣域物聯(lián)網(wǎng)，蜂窩技術(shù)不停地演進(jìn)成，滿足日益增長的連接需求。蜂窩網(wǎng)絡(luò)已在全世界服務(wù)超過70億個(gè)連接，在所有地理區(qū)域的大多數(shù)都市、郊區(qū)和農(nóng)村都有覆蓋?；诜涓C的解決方案不僅提供戶外和室內(nèi)位置，而且還具有許多其他優(yōu)勢。高可用網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)支持物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備全天候可靠地訪問應(yīng)用服務(wù)；此外，行之有效的蜂窩部署已提供最嚴(yán)苛用戶（例如政府和金融機(jī)構(gòu)）所需的端到端安全性。最重要的是，成熟生態(tài)系統(tǒng)，并有全球標(biāo)準(zhǔn)支持，確保跨區(qū)域和設(shè)備無縫地互聯(lián)互通。蜂窩技術(shù)將持續(xù)演進(jìn)、向快速增長的物聯(lián)網(wǎng)市場提供更佳服務(wù)，到20255年物聯(lián)網(wǎng)/機(jī)器對機(jī)器(IoT/M2M)蜂窩連接總數(shù)預(yù)計(jì)超過50億。圖2提供一些能夠受益于采用基于蜂窩的解決方案的物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)和使用場景范例。

LTE是連接物聯(lián)網(wǎng)的可擴(kuò)展統(tǒng)一平臺(tái)

　　LTE是全球確立和增長最快的無線標(biāo)準(zhǔn)，到2021年有望達(dá)到75%的世界人口覆蓋面。最初在3GPP標(biāo)準(zhǔn)第8版中引入LTE，開發(fā)宗旨是提供更快移動(dòng)寬帶接入，較之3G實(shí)現(xiàn)代際性能飛躍。LTE核心技術(shù)隨時(shí)間推移長期演進(jìn)，適應(yīng)不斷變化的市場需求，確保網(wǎng)絡(luò)壽命。LTE升級版（3GPP第10、11、12版）持續(xù)演進(jìn)，面向更佳移動(dòng)寬帶體驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化，引入先進(jìn)技術(shù)支持千兆級吞吐量，例如載波聚合和更高階MIMO。一些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能夠受益于LTE升級版中引入的改進(jìn)（例如高清安防攝像頭），但許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要針對一系列大幅精簡的功能進(jìn)行優(yōu)化。

　　3GPP標(biāo)準(zhǔn)第13版引入一套面向物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的全新窄帶技術(shù)。統(tǒng)稱為LTE物聯(lián)網(wǎng)，它縮減LTE以便更高效地支持更低數(shù)據(jù)速率應(yīng)用。LTE物聯(lián)網(wǎng)是LTE統(tǒng)一路線圖的一部分，提供在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)部署中交付物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的無縫路徑；LTE能夠擴(kuò)展以便向高性能應(yīng)用提供千兆級數(shù)據(jù)速率，或面向需要高功率效率的應(yīng)用進(jìn)行縮減。

　　LTE蜂窩物聯(lián)網(wǎng)相較于非3GPP LPWA解決方案的優(yōu)勢

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用數(shù)量持續(xù)增長，預(yù)計(jì)將出現(xiàn)大量物聯(lián)網(wǎng)連接新技術(shù)。一些新技術(shù)（非3GPP）也能夠在一定程度上支持覆蓋需求，但較之3GPP標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)（例如eMTC和NB-IoT），它們在其他方面可能仍顯不足。

　　普適覆蓋：LTE物聯(lián)網(wǎng)利用現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)，無需核心網(wǎng)重疊。迄今為止，已在160多個(gè)國家部署500多個(gè)LTE網(wǎng)絡(luò)，正在規(guī)劃更多未來部署。
　　可擴(kuò)展性：LTE物聯(lián)網(wǎng)是統(tǒng)一平臺(tái)的一部分，能夠適應(yīng)應(yīng)用的性能需求。LTE能夠輕松擴(kuò)展以支持需要高帶寬和低延遲的物聯(lián)網(wǎng)使用場景，縮減以面向低性能應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化全都使用相同的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。
　　共存：LTE物聯(lián)網(wǎng)兼容現(xiàn)有和規(guī)劃的LTE網(wǎng)絡(luò)與頻譜，與常規(guī)LTE流量共存，不干擾其他設(shè)備或服務(wù)。
　　成熟生態(tài)系統(tǒng)：LTE物聯(lián)網(wǎng)有全球3GPP標(biāo)準(zhǔn)支持，有充實(shí)的5G路線圖。設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為跨不同廠商和區(qū)域互聯(lián)互通。
　　受管理服務(wù)質(zhì)量(QoS)：LTE最重要的優(yōu)勢之一是能夠利用授權(quán)頻譜，因?yàn)樗试S網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商通過分配網(wǎng)絡(luò)資源和管理并緩解干擾與擁堵來保證服務(wù)質(zhì)量。冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)還有助于確保服務(wù)可用性，最小化宕機(jī)時(shí)間。
　　端到端安全性：LTE物聯(lián)網(wǎng)將繼承LTE提供的既有/可信安全與認(rèn)證特性，滿足許多高安全性應(yīng)用的最嚴(yán)苛要求。

　　兩種全新LTE 物聯(lián)網(wǎng)窄帶技術(shù)eMTC和NB-IoT

　　3GPP第13版引入兩個(gè)帶來更高物聯(lián)網(wǎng)連接效率的全新用戶設(shè)備(UE)類別。

　　增強(qiáng)型機(jī)器類型通信(eMTC)標(biāo)準(zhǔn)定義的LTE Cat-M1提供最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)最高1 Mbps的數(shù)據(jù)速率，同時(shí)僅在現(xiàn)有LTE FDD/TDD頻譜中使用1.4 MHz設(shè)備帶寬（1.08 MHz帶內(nèi)傳輸6個(gè)資源塊）。它設(shè)計(jì)為與常規(guī)LTE流量（Cat-0和以上）全面共存。Cat-M1也能夠支持語音(VoLTE)和完全到有限移動(dòng)性。在增強(qiáng)型覆蓋模式中，它能夠?qū)崿F(xiàn)15 dB鏈路預(yù)算提升，讓LTE信號穿透更多墻壁和樓層到達(dá)室內(nèi)深處或偏遠(yuǎn)位置部署的終端。

　　LTE Cat-NB1，或窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)，進(jìn)一步降低設(shè)備復(fù)雜性并擴(kuò)展覆蓋面，應(yīng)對低端物聯(lián)網(wǎng)使用場景需求。Cat-NB1利用窄帶工作，在LTE FDD中使用200 kHz設(shè)備帶寬（180 kHz帶內(nèi)傳輸1個(gè)資源塊）實(shí)現(xiàn)數(shù)十kbps吞吐量。NB-IoT支持更靈活的部署選項(xiàng)：LTE帶內(nèi)、LTE保護(hù)頻帶和獨(dú)立。為了進(jìn)一步增強(qiáng)覆蓋，它權(quán)衡頻譜效率（例如數(shù)據(jù)速率）和功能（例如無移動(dòng)性或語音支持），較之Cat-M1實(shí)現(xiàn)>5 dB額外增益。

　　全新LTE物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠與目前服務(wù)高效共存

　　Cat-M1和Cat-NB1都能夠在現(xiàn)有 _LTE升級版基礎(chǔ)設(shè)施和頻譜中部署，與目前移動(dòng)寬帶服務(wù)高效地共存。Cat-M1使用1.4 MHz帶寬，利用現(xiàn)有LTE參數(shù)配置（vs.NB-IoT的200kHz新信道帶寬），能夠部署在常規(guī)LTE載波內(nèi)（最多20MHz）工作。Cat-M1設(shè)備將利用傳統(tǒng)LTE同步信號（例如PSS（主同步信號）、SSS（輔同步信號）），同時(shí)引入對低帶寬工作來說更高效的控制和數(shù)據(jù)新信道。支持Cat-M1的LTE網(wǎng)絡(luò)能夠使用多個(gè)窄帶區(qū)，頻率重調(diào)支持可擴(kuò)展資源配置，跳頻支持在整個(gè)LTE頻段分集。

　　Cat-NB1設(shè)備能夠在LTE保護(hù)頻帶內(nèi)部署或除LTE帶內(nèi)之外作為獨(dú)立載波部署。然而，新的200 kHz設(shè)備參數(shù)配置（利用單個(gè)LTE資源塊，或180 kHz RB）需要一組新的窄帶控制和數(shù)據(jù)信道。不同于Cat-M1帶內(nèi)，Cat-NB1不允許頻率重調(diào)或跳頻并且占有固定的頻譜位置。對于保護(hù)頻帶部署，NB-IoT利用未用資源塊，不干擾鄰近載波。在獨(dú)立模式中，Cat-NB1設(shè)備能夠在重新劃分的2G/3G頻段內(nèi)部署。