【導讀】無線網(wǎng)絡一直在不斷發(fā)展，隨著生活節(jié)奏的日益加快，人們對設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)設備大規(guī)模涌現(xiàn)，將在許多行業(yè)支持新服務和效率。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創(chuàng)新。在下一個十年，預計全球?qū)⒉渴饠?shù)百億個聯(lián)網(wǎng)設備，以前所未有的速度增長，在多個關鍵市場創(chuàng)造數(shù)萬億美元經(jīng)濟價值。物聯(lián)網(wǎng)是全互聯(lián)世界的基礎并且演進為萬物互聯(lián)只是時間問題。

　　在全互聯(lián)世界愿景中，蜂窩技術將發(fā)揮建設性作用并且它們早已在發(fā)揮作用；1G和2G網(wǎng)絡通過語音連接人，3G和4G把連接性擴展到移動互聯(lián)網(wǎng)，交付極快移動寬帶服務。蜂窩網(wǎng)絡不僅提供普適覆蓋，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)應用需要的。

　　3GPP技術（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準，在全世界已經(jīng)有超過十億個連接。它將延續(xù)上升勢頭并且甚至將在未來十年激增。LTE已實現(xiàn)更快更好的移動寬帶承諾，目前正面向物聯(lián)網(wǎng)進行功能縮減以便支持多年電池續(xù)航和更低成本設備。LTE有通用全球標準(3GPP)支持以及強大的可互操作端到端生態(tài)系統(tǒng)支持。總之，LTE為未來物聯(lián)網(wǎng)增長提供堅實基礎，相較于非3GPP/私有解決方案，LTE展現(xiàn)了巨大優(yōu)勢。

　　3GPP標準第13版引入一套面向物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的全新窄帶技術。統(tǒng)稱為LTE物聯(lián)網(wǎng)，它更高效地支持更低數(shù)據(jù)速率應用的兩個全新用戶設備(UE)類別。LTE Cat-M1 (eMTC)可以提供廣泛的物聯(lián)網(wǎng)應用覆蓋，LTE Cat-NB1 (NB-IoT)針對低成本物聯(lián)網(wǎng)使用場景進一步縮減成本和功率。兩個設備類別都是單一可擴展LTE路線圖的一部分，設計為與現(xiàn)有LTE基礎設施、頻譜和設備共存。LTE物聯(lián)網(wǎng)帶來諸多改進，包括降低復雜性支持更低成本設備、更節(jié)能的低功率模式實現(xiàn)多年電池續(xù)航和全新先進傳輸技術深化覆蓋面。除空口改進之外，LTE物聯(lián)網(wǎng)還增強核心網(wǎng)絡，更高效地處理以物聯(lián)網(wǎng)為中心的流量并支持大量設備。

　　NB-IoT也為窄帶5G奠定基礎，將帶來更多物聯(lián)網(wǎng)機會。5G將借助新功能增強大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)，例如資源擴展多址接入(RSMA)支持免許可傳輸和多跳網(wǎng)狀網(wǎng)進一步擴展覆蓋面。5G也將借助機器人、航空、醫(yī)療健康、工業(yè)控制和汽車等領域的許多創(chuàng)新使用場景支持新服務（例如關鍵任務控制），那些使用場景需要增強性能，例如1毫秒以下延遲、超高可靠性和可用性（但并非全部服務同時需要）。總而言之，連接物聯(lián)網(wǎng)將是5G下一個十年和未來的更強大統(tǒng)一連接平臺不可或缺的一部分。

迎接物聯(lián)網(wǎng)時代

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)在廣義上描述物質(zhì)實體互聯(lián)網(wǎng)絡概念，包括機器、汽車、樓宇和許多其他類型的設備。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。未來十年全球物聯(lián)網(wǎng)市場有望快速增長，預計到2020將有250-500億個聯(lián)網(wǎng)設備，在關鍵市場促進數(shù)萬億美元經(jīng)濟增長。物聯(lián)網(wǎng)將遠遠不只是連接人和物，而是擴展現(xiàn)有網(wǎng)絡、讓機器和設備彼此協(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)將需要異構連接性

　　物聯(lián)網(wǎng)包括許多不同行業(yè)各種各樣的應用，設備能夠驅(qū)動非常多樣的計算與連接需求。在一些使用場景中，設備可能僅需短程通信連接網(wǎng)絡接入點，例如聯(lián)網(wǎng)家庭中部署的設備，同時許多其他應用需要更廣泛的普適覆蓋。在本質(zhì)上，連接物聯(lián)網(wǎng)將需要異構連接技術提供不同層次的優(yōu)化以滿足不同需求。圖1提供簡圖，按到達距離說明連接物聯(lián)網(wǎng)通常使用的不同無線技術。例如，辦公樓智能照明可能最適合采用短程無線技術，例如Wi-Fi，因為燈具通常部署在Wi-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時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。

圖1：物聯(lián)網(wǎng)無線連接技術范例

蜂窩技術將支持范圍廣泛的物聯(lián)網(wǎng)服務

　　對于廣域物聯(lián)網(wǎng)，蜂窩技術不停地演進成，滿足日益增長的連接需求。蜂窩網(wǎng)絡已在全世界服務超過70億個連接，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)絡設計支持物聯(lián)網(wǎng)設備全天候可靠地訪問應用服務；此外，行之有效的蜂窩部署已提供最嚴苛用戶（例如政府和金融機構）所需的端到端安全性。最重要的是，成熟生態(tài)系統(tǒng)，并有全球標準支持，確保跨區(qū)域和設備無縫地互聯(lián)互通。蜂窩技術將持續(xù)演進、向快速增長的物聯(lián)網(wǎng)市場提供更佳服務，到20255年物聯(lián)網(wǎng)/機器對機器(IoT/M2M)蜂窩連接總數(shù)預計超過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)的可擴展統(tǒng)一平臺

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

　　3GPP標準第13版引入一套面向物聯(lián)網(wǎng)優(yōu)化的全新窄帶技術。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)絡部署中交付物聯(lián)網(wǎng)服務的無縫路徑；LTE能夠擴展以便向高性能應用提供千兆級數(shù)據(jù)速率，或面向需要高功率效率的應用進行縮減。

　　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)應用數(shù)量持續(xù)增長，預計將出現(xiàn)大量物聯(lián)網(wǎng)連接新技術。一些新技術（非3GPP）也能夠在一定程度上支持覆蓋需求，但較之3GPP標準化技術（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，無需核心網(wǎng)重疊。迄今為止，已在160多個國家部署500多個LTE網(wǎng)絡，正在規(guī)劃更多未來部署。
　　可擴展性：LTE物聯(lián)網(wǎng)是統(tǒng)一平臺的一部分，能夠適應應用的性能需求。LTE能夠輕松擴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用進行優(yōu)化全都使用相同的網(wǎng)絡基礎設施。
　　共存：LTE物聯(lián)網(wǎng)兼容現(xiàn)有和規(guī)劃的LTE網(wǎng)絡與頻譜，與常規(guī)LTE流量共存，不干擾其他設備或服務。
　　成熟生態(tài)系統(tǒng)：LTE物聯(lián)網(wǎng)有全球3GPP標準支持，有充實的5G路線圖。設備和網(wǎng)絡設計為跨不同廠商和區(qū)域互聯(lián)互通。
　　受管理服務質(zhì)量(QoS)：LTE最重要的優(yōu)勢之一是能夠利用授權頻譜，因為它允許網(wǎng)絡運營商通過分配網(wǎng)絡資源和管理并緩解干擾與擁堵來保證服務質(zhì)量。冗余網(wǎng)絡設計還有助于確保服務可用性，最小化宕機時間。
　　端到端安全性：LTE物聯(lián)網(wǎng)將繼承LTE提供的既有/可信安全與認證特性，滿足許多高安全性應用的最嚴苛要求。

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

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

　　增強型機器類型通信(eMTC)標準定義的LTE Cat-M1提供最廣泛的物聯(lián)網(wǎng)功能，實現(xiàn)最高1 Mbps的數(shù)據(jù)速率，同時僅在現(xiàn)有LTE FDD/TDD頻譜中使用1.4 MHz設備帶寬（1.08 MHz帶內(nèi)傳輸6個資源塊）。它設計為與常規(guī)LTE流量（Cat-0和以上）全面共存。Cat-M1也能夠支持語音(VoLTE)和完全到有限移動性。在增強型覆蓋模式中，它能夠?qū)崿F(xiàn)15 dB鏈路預算提升，讓LTE信號穿透更多墻壁和樓層到達室內(nèi)深處或偏遠位置部署的終端。

　　LTE Cat-NB1，或窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NB-IoT)，進一步降低設備復雜性并擴展覆蓋面，應對低端物聯(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設備帶寬（180 kHz帶內(nèi)傳輸1個資源塊）實現(xiàn)數(shù)十kbps吞吐量。NB-IoT支持更靈活的部署選項：LTE帶內(nèi)、LTE保護頻帶和獨立。為了進一步增強覆蓋，它權衡頻譜效率（例如數(shù)據(jù)速率）和功能（例如無移動性或語音支持），較之Cat-M1實現(xiàn)>5 dB額外增益。

　　全新LTE物聯(lián)網(wǎng)設備能夠與目前服務高效共存

　　Cat-M1和Cat-NB1都能夠在現(xiàn)有 _LTE升級版基礎設施和頻譜中部署，與目前移動寬帶服務高效地共存。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)絡能夠使用多個窄帶區(qū)，頻率重調(diào)支持可擴展資源配置，跳頻支持在整個LTE頻段分集。

　　Cat-NB1設備能夠在LTE保護頻帶內(nèi)部署或除LTE帶內(nèi)之外作為獨立載波部署。然而，新的200 kHz設備參數(shù)配置（利用單個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。對于保護頻帶部署，NB-IoT利用未用資源塊，不干擾鄰近載波。在獨立模式中，Cat-NB1設備能夠在重新劃分的2G/3G頻段內(nèi)部署。