NB-IoT被过度神化,运营商部署LTE物联网已有首选

2017-04-26 11:37 行业报道   

导读2016年6月,全球标准化组织3GPP在短时间里同时制定了两个新的蜂窝技术标准:Cat-M1(eMTC)和Cat-NB1(NB-IoT)。与性能指标一路往上走的Cat.6、Cat.12、Cat.16、Cat.18相反,Cat-M1和Cat-NB1选择一路向下,主要原因是根据物联网的要求,去掉不必要的高数据率、高移动性、超强传输能力特性,降低系统复杂度与成本,提高系统续航时间,实现4G调制解调器的海量部署、规模经济和超长生命周期。  

2016年6月,全球标准化组织3GPP在短时间里同时制定了两个新的蜂窝技术标准:Cat-M1(eMTC)和Cat-NB1(NB-IoT)。与性能指标一路往上走的Cat.6、Cat.12、Cat.16、Cat.18相反,Cat-M1和Cat-NB1选择一路向下,主要原因是根据物联网的要求,去掉不必要的高数据率、高移动性、超强传输能力特性,降低系统复杂度与成本,提高系统续航时间,实现4G调制解调器的海量部署、规模经济和超长生命周期。

 

NB-IoT被过度神化,运营商部署LTE物联网已有首选

Cat-M1与Cat-NB1相互补充

化繁为简,降低成本与复杂度

降低复杂度与成本的第一步就是要放弃速率和带宽。考虑到绝大部分物联网应用数据传输速率只需要1Mbps或者几百/几十kbps,所以Cat-M1的上行下行速率只有1Mbps,带宽频率1.4MHz;Cat-NB1上行和下行速率更是只有60kbps和20kbps,带宽200KHz,使得运营商可以非常灵活地将其部署进LTE频段里。在部署的模式上,Cat-M1在FDD或者TDD网络中都可以部署,Cat-NB1到现在为止只能部署在FDD中,今后随着标准和规范的演进可能会有所变化。

支持半双工模式是降低系统成本和芯片复杂度的另一妙招。高通产品市场高级总监沈磊解释说,LTE采用全双工模式,上行下行同时收发。但Cat-M1和Cat-NB1都可以支持半双工,先下行或者上行,不会并行收发。这样做的好处在于,支持半双工一是不需要复杂的滤波器和高成本的功率放大器;二是降低了发射功率,相比LTE 23dBm/200毫瓦的功率,Cat-M1、Cat-NB1都只有20dBm/ 100毫瓦,减少了一半。

考虑到两种技术各自覆盖不同的物联网应用,所以Cat-M1保留了相当一部分移动性和VoLTE语音功能,可用于楼宇安防、穿戴设备、资产追踪等应用;Cat-NB1则是完全不具备移动性和语音。但两者穿透性和部署密度相比LTE有了显著提高,比如Cat-M1比传统的LTE Cat.4的链路预算(link budget)提高了约15个dB,针对表计等应用设计的Cat-NB1还要更高。

此外,和LTE相比,Cat-M1、Cat-NB1的续航时间更长,可支持至少10年左右的工作时间。由此带来的另一个需求是强大的软件升级能力,目前来看,Cat-M1的速率是兆级,可以用几分钟或者半个小时的时间升级固件,所以Cat-M1在升级维护上有明显的优势。但Cat-NB1没有这个能力,从安装起到10年之后还是老样子。

 

NB-IoT被过度神化,运营商部署LTE物联网已有首选

扩展LTE以连接物联网

蜂窝和非蜂窝通讯技术怎么选?

“蜂窝通讯技术将是未来物联网连接技术里绝对的主流方向。”沈磊表示,蜂窝通讯技术是授权频谱,在连接性、安全、质量方面都有充分的保证,而且从2G、3G、4G一路发展下来,其覆盖已经是无处不在,完全不需要重新部署。更重要的一点是,蜂窝通讯行业的生态系统建设非常完善,从标准制定、技术发展和验证,到产品研发和上市,再到整个网络系统的优化和完善,包括芯片、终端、基础设施、运营商在内的众多从业者30年来不断的积累,已经让蜂窝技术成为最为可靠、完善和可用的技术。

他认为使用非授权频谱的Sigfox和LoRa是一个相对小众的市场,大多数应用场景集中在工厂或码头这类私有且小范围的环境中,整个产业链的部署程度与基于蜂窝网络技术的标准相比完全不在一个数量级。并且这两个标准比较新,整个产业链的芯片、模块、应用服务都还处于培育阶段,不能与主流的蜂窝技术相抗衡。

目前Cat-M1和Cat-NB1都有很多部署,后者进度更快一些。主要原因在于Cat-NB1标准相对更为简单,能做Cat-NB1的芯片厂商比较多,而且首批探索物联网部署的运营商也看到Cat-NB1的部署密度可以更高,续航时间可以更长,对于表计、路灯等应用情景来说,Cat-NB1似乎天生就是比较好的技术。但事实上,到了真正开始部署,需要和上层应用服务对接的时候,运营商就会发现Cat-NB1其实只能覆盖一部分使用情景,很多商业模式,比如移动性、语音、数据率、远程更新软件的能力,Cat-NB1是没有的,所以他们开始逐渐倾向于接受物联网双模的概念。

沈磊说他个人相信LTE物联网一定会大爆发,只是具体的时间还不能预测。但好消息是,“当前缺失的几个成功要素都已在路上”。比如中国三大运营商正在相关城市做网络部署的试点;汽车或者公用事业、智慧城市等垂直领域的商业模式已初具雏形,上层的应用服务也在高速发展中;芯片和模块厂商对产品的优化和设备管理的能力正在大幅改进。当这几大成功要素都到位之时,相关应用必定会呈现爆炸式增长。

为什么双模更好?

说到Cat-M1和Cat-NB1这两个模式,运营商现在基本都处于了解、测试、考虑、规划如何部署的阶段。两者有很多功能是重叠的,但很多时候又是互补的,如何部署成为了运营商最为纠结的事情。那么有没有技术能让模块或终端既能支持Cat-M1也能支持Cat-NB1,从而了却运营商的这块心病?

下图中深红色代表的是Cat-M1技术,它强调的是移动性和较高的数据速率,但其在网络覆盖和功耗上逊于Cat-NB1;图上浅色区域代表的是Cat-NB1技术,该技术在网络覆盖、功耗、部署灵活性,以及成本优化方面相较Cat-M1表现更好。Cat-M1和Cat-NB1两种技术优势有所不同,因此客户在选择应用服务或者网络部署时,只能根据相关技术优势进行选择,要想精准预测未来3年、5年或15年之后所部署的服务和采用的技术,对于客户来说是很难做到的。

 

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Cat-M1&NB1双模提供最优解决方案

但是,试想一下,无论将来运营商是否会对相关网络、频段和模式在部署3-5年后进行调整,如果已被部署好的模块能够随时通过升级软件实现自适应调整,这对于用户而言将是极大的便利。沈磊说,尽管双模系统复杂度比单模系统稍高,其模块和芯片的成本也要高。但事实上,这只是单个模块和子系统的成本,绝大部分成本来自于系统部署的环节。因此,总体而言,灵活的实用性可以大幅降低重复部署、动工和升级所带来的成本。

另一方面,这两个模式也能够部署在4G LTE频段上。目前世界各国在规划部署15-16个Cat-M1和Cat-NB1的频段,绝大部分是中频和低频,这是因为考虑到高频的穿透性欠佳,而低频的部署在一直放大。如果有一个模块同时拥有这两种技术并支持所有频段,那么该模块可以在全球任何应用场景部署。无论未来的网络制式或频段如何调整,该模块仍然可以工作。通过安装一次可以获得十年的工作生命周期,并帮助客户抵消任何不确定性和相关网络调整的可能性,这笔买卖还是划算的。

更具成本效益的全球双模

“为什么多模多频手机受欢迎?因为在总体成本控制上,多模、多频是有重大优势的,今后物联网业务的部署也会遇到同样的问题。”在沈磊看来,做一款全球多模的模块,今天可以销售,三五年后仍然可以销售,在任何一个国家也都可以销售。从研发的投入、物料和成品的库存管理以及销售的准确性来说,可以令模块OEM厂商大为放松;对运营商而言,他可以利用双模多频的模块去对这两种技术进行充分的验证,从而推测哪个生意模式能够成功,这对于运营商整体的成本控制是具有战略意义的改变。

 

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全球双模提供更高成本效益

鉴于Cat-M1和Cat-NB1优势互补的融合,高通推出了为Cat-M1和Cat-NB1定制的多模多频芯片—MDM9206。除支持Cat-M1、Cat-NB1的全球所有频段外,MDM9206还集成了Cortex A7处理器、大量传感器接口、GPS/格纳洛斯/北斗以及伽利略全球卫星定位系统、语音/VoLTE功能,并支持Linux/Thread操作系统。不久之前,高通与爱立信以及北美运营商AT&T基于Cat-M1进行了LTE语音方面的测试,一个很小的模块装在手表中,其语音质量非常高。

 

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高通为Cat-M1和Cat-NB1定制的多模多频芯片MDM9206

与此同时,在中国,高通积极推动LTE物联网的发展并与中国运营商及合作伙伴协作。高通于2016年11月联合中国移动和爱立信,启动国内首个Cat-M1测试;2016年12月,与中移物联网有限公司签署谅解备忘录;2016年12月,联合中国联通和爱立信,完成基于Cat-M1标准的现网数据传输;2017年3月,与华为合作首次打通TD-LTE Cat-M1标准空口First Call。

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